„SoftSensValve“:
Entwicklung eines präzisen, modellbasierten Regelungssystems für die autonome Anpassung der motorischen Verbrennung an die verfügbaren Gasqualitäten zur Maximierung des Wirkungsgrades von Gasmotoren

Einleitung

Wasserstoff hat das Potential in Zukunft die Rolle unseres wichtigsten Energieträgers einzunehmen. Er lässt sich aus erneuerbar erzeugtem Strom herstellen und mit der bestehenden Gasinfrastruktur speichern und zum Verbraucher transportieren. Die Einspeisung von Wasserstoff in das Erdgasnetz ist aktuell bis zu zehn Volumprozent bereits zulässig. Es ist zu erwarten, dass die Beimischung zeitlich und regional stark unterschiedlich ausfällt und einen großen Einfluss auf die Verbrennungseigenschaften des Gasgemisches haben wird. Die Motorregelung von Blockheizkraftwerken muss schnell und flexibel auf diese Änderung reagieren können. Um die zulässigen Emissionsgrenzwerte einzuhalten und den Rundlauf der Motoren bestmöglich zu gewährleisten, müssen beispielsweise die Zuführung der Verbrennungsluft und der Zündzeitpunkt angepasst werden. Die Steuerung herkömmlicher Gasmotoren in Blockheizkraftwerken ist nicht dafür ausgelegt auf veränderliche Wasserstoffkonzentrationen im Erdgasnetz zu reagieren, was die Entwicklung einer flexiblen Regelung notwendig macht.

Projektziel

Ziel des Projektes „SoftSensValve“ ist die Entwicklung eines nachrüstbaren Gasregelungsventils mit integriertem Gasqualitätssensors auf Machine-Learning-Basis zur Bestimmung der Brenngasqualität und zur gleichzeitigen Anpassung der Motoreinstellung anhand der identifizierten Gasqualität und weiteren, vorhandenen Sensordaten. Zusätzlich integrierte Sicherheitsventile übernehmen sicherheitsrelevante Aufgaben für den konformen Betrieb eines Gasmotors. An der Hochschule Ansbach wird dafür ein Regressionsalgorithmus für die Analyse der Gasqualität hinsichtlich der Verbrennungseigenschaften und ein hybrides Modell zur Ableitung von Handlungsempfehlungen für die Motorsteuerung entwickelt.

Projektbeschreibung

Die Grundlage für die Entwicklung eines Regressionsalgorithmus für die Analyse der Gasqualität sind umfangreiche Messreihen. Am Motorprüfstand der Hochschule Ansbach kann Wasserstoff dem Brenngas beigemischt werden, wodurch sich unterschiedliche Wasserstoffkonzentrationen im Erdgasnetz simulieren lassen. Die Auswirkungen auf Wirkungsgrad, Abgasemissionen und alle anderen Motorgrößen werden erfasst und fließen in die Entwicklung eines hybriden Modells für die Motorsteuerung ein.