KIOBio

KI-gestützte Optimierung der Biogas-Erzeugung: Offene Datenplattform, standardisierte Sensoren und adaptive Regelung

Die Biogaserzeugung spielt eine entscheidende Rolle bei der nachhaltigen Energieerzeugung und leistet einen wesentlichen Beitrag zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen. 

Ziel dieses Forschungsprojekts ist es, eine frei zugängliche Biogas-Datenplattform zu entwickeln, standardisierte Sensortechnologien einzuführen und ein adaptives Steuerungssystem zu entwerfen. Durch den Aufbau einer robusten und interoperablen Datenbank sowie die Kombination fortschrittlicher KI-Methoden mit Regelungstechnik soll das Projekt die Effizienz der Biogasproduktion steigern.

Die Entwicklung von KI-Algorithmen bildet den Kern des Projekts. Auf Basis standardisierter Sensordaten werden Modelle zur zuverlässigen Vorhersage entwickelt. 

Ein zentraler Vorteil des Projekts ist die Verfügbarkeit von Prozessdaten aus mehreren Biogasanlagen. Dies ermöglicht die Prüfung der Modellübertragbarkeit, den Vergleich verschiedener Ansätze und die Entwicklung robuster KI-Modelle auf Basis heterogener Datenquellen. Zusätzlich werden Modelle zur Vorhersage von Strompreisen für die nächsten 72 Stunden entwickelt, da Simulationen zeigen, dass ein adaptives Regelsystem mit diesem Prognosehorizont deutlich wirtschaftlicher ist als mit 24 Stunden.

KI-Algorithmen Einsatzbereich:

1. Vorhersage von Wartungsbedarfen: Analyse der Sensordaten zur Erkennung von Abweichungen vom normalen Prozessverhalten, die auf eine Verschlechterung der Biogasproduktionsleistung und die Notwendigkeit von Wartungsmaßnahmen hinweisen.
2. Fehlfunktionserkennung: Identifikation von Anomalien im Betrieb der Biogasanlage
3. Prognose der Biogasproduktion (Modellierung einer nichtlinearen Biogasanlage): Abbildung nichtlinearer anaerober Vergärungsprozesse mittels KI-Modellen zur Unterstützung der Betriebsplanung und Einspeisemanagement

Regelsystem:

Im Rahmen des Projekts wird ein adaptives Regelsystem weiterentwickelt, um mit den KI- Algorithmen eine praxisnahe Optimierung des Anlagenbetriebs zu ermöglichen. Dieses Regelsystem wird eine bedarfsgerechte Fahrweise der Anlagen ermöglichen und die Rentabilität der Biogasanlage erhöhen. Um Havarien aufgrund des Regelsystems zu vermeiden, werden die installierten standardisierten Sensoren zur Überwachung der Biogasanlage eingesetzt. Diese Sensoren gewährleisten eine kontinuierliche Überwachung und Rückmeldung der Prozessbedingungen, wodurch die Stabilität des Regelsystems sichergestellt wird. Die Validierung des Systems erfolgt unter realen Betriebsbedingungen.