Der Solarturm Jülich ist ein solarthermisches Kraftwerk des DLR. Das DLR-Institut für Solarforschung erforscht und erprobt in seiner Anlage die Nutzung konzentrierender Solarenergie für die Strom-, Wärme und Kraftstoffgewinnung. Eine Vielzahl von beweglichen Spiegeln – sogenannte Heliostate – konzentrieren das Sonnenlicht auf einen Strahlungsempfänger, auch Receiver genannt. Die Effizienz des Kraftwerks wird maßgeblich von der Ausrichtung der Spiegel und der Steuerung des Receivers bestimmt. Ziel des Projektes ist es, diese Steuer- und Regelmechanismen von einem KI (Künstliche Intelligenz)-Agenten durchführen zu lassen. Dazu müssen die Umgebungsparameter und Zustandsgrößen des Kraftwerks in Echtzeit erfasst und vom KI-Agenten ausgewertet werden.
Ausbau der Sensorik und Datenplattform als Grundlage
Die Demonstration des autonomen Betriebs des Solarkraftwerks wird in drei Phasen demonstriert. In der ersten Phase wird die Sensorik und Messtechnik am Kraftwerk erweitert, um die Umgebungsbedingungen wie zum Beispiel Wolkensituation und Einstrahlungsverteilung erfassen zu können. Gleichzeitig wird die Messtechnik für das Heliostatenfeld, den Strahlungsempfänger und die Kraftwerkstechnik derart erweitert, dass ein möglichst genauer Zustand der einzelnen Komponenten erfasst werden kann. Alle Zustandsgrößen werden zentral in einer Datenplattform gespeichert. Es handelt sich dabei um eine vom Institut für Solarforschung speziell für energietechnische Anlagen entwickelte Datenplattform, die Forschende nutzen, um Prozesse zu automatisieren. Der zentrale Datenschatz erweitert die physischen Sensoren um virtuelle Sensoren. Bisher unbekannte Zustände einzelner Komponenten werden damit sichtbar. Der erste Meilenstein ist die Demonstration eines automatisierten Betriebs des Kraftwerks mit der erweiterten und zum Teil virtuellen Mess- und Regelungstechnik.
Schaltzentrale im Solarturm
Steuerung des autonomen Betriebs des Solarkraftwerks in Jülich aus der Schaltzentrale in Jülich.
In der zweiten Phase soll der autonome Betrieb des Kraftwerks demonstriert werden. Intelligente Prozessschritte ersetzen das Eingreifen der Kraftwerksfahrerin oder des Kraftwerksfahrers. Die Automatisierungstechnik stellt anhand der aktuellen Zustände der Kraftwerkskomponenten die Regelungsgrößen ein. Je nach Wolkensituation und Einstrahlung wird die Ausrichtung der Heliostaten festgelegt. Die am Receiver vorliegende konzentrierte Strahlungsverteilung bestimmt den erforderlichen Kühlmassenstrom. Je nach Füllstand des thermischen Speichers wird dieser befüllt oder die Wärmeenergie an den Dampf-Kraft-Prozess geleitet. An mehreren aufeinanderfolgenden Tagen wird der autonome Betrieb im Sommer 2025 am Solarkraftwerk Jülich getestet.
KI-gestützte Betriebsoptimierung
In der dritten und letzten Phase soll 2027 der optimierte und autonome Betrieb des Kraftwerks demonstriert werden. Dazu entwickeln die Forschenden Algorithmen und Verfahren, die zukünftige Betriebszustände vorhersagen. Hierfür kommen digitale Zwillinge und Methoden des maschinellen Lernens zum Einsatz. Sie berechnen und vergleichen eine Vielzahl möglicher Betriebsstrategien für einen definierten Zeithorizont. Kriterien wie Energieausbeute und Lebensdauer der Komponenten dienen dazu, die jeweils optimale Betriebsstrategie auszuwählen.
Ausblick: Nutzen für Industrie und Anwendung
Das Projekt soll zeigen, wie sich mithilfe moderner Automatisierungstechnik und KI-Agenten die Kosten für erneuerbaren Strom senken lassen. Die entwickelte Automatisierungstechnik in Kombination mit der Datenplattform ist zudem auf weitere Industriezweige übertragbar. Die im Projekt demonstrierten Methoden eignen sich für komplexe Industrieprozesse, in denen zahlreiche Komponenten intelligent zusammenwirken müssen, um Anlagen sicher, effizient und wirtschaftlich zu betreiben.
