Ein Referenzobjekt der ERK Solutions GmbH ist ein industrieller Abhitze-Kessel mit einer Leistung von 39 t/h, Dampftemperatur von 410 °C und -druck von 34 bar. Das Gewicht seiner Heizflächen konnte im Vergleich zur klassischen Auslegung durch Entwicklungsingenieure nochmals um 20 % reduziert werden.
Bei konstantem Wirkungsgrad und Einhaltung aller vorgegebenen funktionalen und sicherheitstechnischer Parameter sinken durch Kombination von Industriekessel und Software Produktions-, Transport- und Montageaufwand erheblich.
Enorme Optimierungstiefe
Ermöglicht wurde der Effizienzsprung durch Nutzung eines genetischen Algorithmus‘, einer von der natürlichen Evolution inspirierten Optimierungsmethode. Dabei wird eine Reihe möglicher Problemlösungen zunächst auf ihre Tauglichkeit bewertet. Durch Kombination und Mutation der aussichtsreichsten Kandidaten entsteht eine Vielzahl qualitativ neuer Ansätze, die automatisiert bewertet und selektiert werden. Dieser Prozess wird vom Programm über mehrere Entwicklungsgenerationen wiederholt, bis ein Optimum erreicht ist. Der Prozess kann, abhängig von der Komplexität der Parameter-Vorgaben, sehr zeitaufwändig ausfallen – und wäre von Ingenieuren auf traditionellem Weg nicht leistbar.
„Natürlich bedarf das Resultat dennoch der menschlichen Prüfung auf Plausibilität und Praxistauglichkeit“, sagt ERK-Mitarbeiter Mathieu Siegenthaler.
Er hatte den Algorithmus als eine der ersten Anwendungen im Energietechnik-Bereich und mit Blick auf die Gewichtsminimierung wohl erste überhaupt über zwei Jahre parallel zu seinem Informatikstudium an der TU Berlin vorangetrieben. Wie Firmenchef Prof. Udo Hellwig unlängst auf der 30. Internationalen ERK-Lizenznehmer-Konferenz in der Hauptstadt mit Teilnehmern aus neun Ländern von Argentinien bis China erläuterte, kann sein Unternehmen nun drastisch präziser und verlässlicher als je zuvor in der Firmengeschichte auf Anfragen reagieren und auf den jeweiligen Anwendungsfall zugeschnittene Hochleistungskessel und andere modernste Energietechnik zur Verfügung stellen.
Nahezu unbegrenzte Anwendungsvielfalt von Kessel und Software
Mit dem flexiblen Optimierungsprogramm auf Java-Basis ließen sich laut Entwickler Siegenthaler auch fernab der eigenen Branche anspruchsvolle Problemstellungen mit einer Vielzahl zu berücksichtigender Einflussfaktoren bewältigen: „Das reicht von der Stabilität einer Fahrradspeiche über die Dämmwirkung von Wärmeverbundsystemen oder die Abmessungen von Fahrzeugbatterien bis zu Materialauswahl und Dimensionierung von Maschinen und Fertigungsanlagen“.
Dem konstruierenden Ingenieur werde mit dem Software-Werkzeug eine kaum vorstellbar große Anwendungsvielfalt ohne sichtbare Grenzen an die Hand gegeben.
Nächste Nutzungsfälle in Vorbereitung
Das innovative Tool setze „neue Effizienz- und Qualitätsstandards“, sagt Prof. Mario Nowitzki, Inhaber der Professur „Wassersstoffbasierte Energiesysteme – Nachhaltigkeit & Klimaschutz an der TH Wildau (Brandenburg). Er plant deshalb eine Zusammenarbeit mit ERK zur Entwicklung eines kleinformatigen und kostengünstigen thermochemischen Saisonspeichers, der den Transfer sommerlicher Solarwärme in die Winterzeit – etwa zur regenerativen Beheizung von Einfamilienhäusern – ermöglichen soll. „Bei der Optimierung dieses Speichers wäre der genetische Algorithmus eine echte Hilfe”, so Nowitzki.
Darstellung typischer Rippenrohre für Kessel-Heizflächen mit
Einzelrippen (li.) und Wendelrippen (re.): In die Optimierung wurden
Variationen von Durchmesser, Dicke, Gestaltung und Ausrichtung
der Rippe, Rohrdurchmesser sowie -wanddicke einbezogen. Ebenso
die Kosten pro Längeneinheit, die Verarbeitungskosten je Rohr sowie
der Reinigung im Betrieb. (Quelle: ERK)
ERK will das Tool für weitere eigene Entwicklungsvorhaben nutzen. Darunter ein Geothermieprojekt zur Wärmeversorgung von Haushalten und Gewerbe im pfälzischen Landau. Bei der Abkühlung der heißen Sohle vor dem Rücktransport in 3500 m Tiefe beeinträchtigt die Ausfällung aggressiver Salze das Rohrsystem, die Ablagerungen mindern zudem die Wirksamkeit der Wärmetauscher. Der Algorithmus soll präzise Aussagen zu den Fouling-Prozessen und nötigen Reinigungsintervallen sichern, die Standzeit des Systems damit verlängern. Zudem soll die Systemtechnik so ausgelegt werden, dass die Abscheidung industriell nutzbarer Wertstoffe wie Barium, Lithium oder Antimon aus der Sole ohne Abstriche bei der Verlässlichkeit und Effizienz der Versorgung optimal ermöglicht wird.
Kontakt: Prof. Dr.-Ing. Udo Hellwig
GF ERK Eckrohrkessel Holding GmbH
Radickestrasse 48
12489 Berlin
030 897746-0
uhellwig@eckrohrkessel.com
www.erk-systems.com
