Digitaler Zwilling in der Aluminium Elektrolyse

Das Projekt "Synchronisierte und energieadaptive Produktionstechnik zur flexiblen Ausrichtung von Industrieprozessen auf eine fluktuierende Energieversorgung" (SynErgie2) erweitert die Maßnahmen der deutschen Industrie zur Energieeffizienz hinsichtlich der Anforderungen einer energetischen Nachfrageflexibilität, sodass der Energiebedarf von Produktionsprozessen zukünftig besser mit dem fluktuierenden Angebot erneuerbarer Energie synchronisiert werden kann. Ohne das tiefere Verständnis der Vorgänge während des Betriebs mit variabler Stromstärke wäre weiterhin der Bedarf an stationär betriebenen Dauerlastkraftwerken über Jahre zwingend erforderlich. Im Rahmen des Projektes SynErgie2 in Zusammenarbeit mit der TRIMET Aluminium SE steht die Vorhersage von Prozessparametern während der Strommodulation im Fokus. Dazu wird eine Bibliothek mit bereits vorhandenen CFD-Modellen um Magnetisierungseffekte vervollständigt und ein Digitaler Zwilling einer Elektrolysezelle durch den Lehrstuhl für Strömungsmechanik (Leitung: Prof. Dr.-Ing. Uwe Janoske) entwickelt. Parallel dazu werden die Ofenprozessgrößen durch den Lehrstuhl für Automatisierungstechnik/Informatik (Leitung: Prof. Dr.-Ing. Dietmar Tutsch) der Bergischen Universität Wuppertal erfasst und mithilfe von KI-Methoden Temperaturvorhersagen ermittelt. Zur Erfassung lokaler Effekte innerhalb einer Elektrolysezelle wird die Anodenstrommessung optimiert und mit Messwerten der Ofenspannung kombiniert. Der Digitaler Zwilling stellt somit ein reduziertes Modell einer realen Elektrolysezelle dar, das die grundlegenden physikalischen Phänomene und Effekte vereint und beschleunigte Vorhersagen zum Verhalten der Zelle während des Betriebs ermöglicht. Die Kernaussagen dieses Modells spiegeln den thermischen und elektrischen Zustand einer Zelle wieder. Sie werden genutzt, um die Steuerung der Zellen abhängig vom Zellzustand und äußeren Einflüssen, wie der Verfügbarkeit elektrischer Energie im Netz zu gewährleisten.

Gefördert wird dieses Forschungsvorhaben an der Bergischen Universität Wuppertal vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen der Kopernikus Projekte.