Brennstoffzellensysteme effizient steuern - Entwicklungstool für Regelungskonzepte
Brennstoffzellensysteme mit integriertem Reformer sind eine sehr komplexe Technologie, die intelligente Steuerungs- und Regelungskonzepte zur bedarfsgerechten Wandlung von Energie zu Strom und Wärme benötigt. Das Oel-Waerme-Institut (OWI) und das Institut für Prozessleittechnik (PLT) an der RWTH Aachen erstellen in einem Forschungsprojekt ein Werkzeug für die Entwicklung solcher Steuerungen. Ein modular aufgebautes Simulationspaket soll die Entwicklungsarbeit vereinfachen und die Zeit bis zur Inbetriebnahme von Systemen verkürzen, um damit Kosten zu sparen. Auch das Risiko teurer Entwicklungsfehler soll damit reduziert werden.
Das Simulationspaket muss den dynamischen Prozessen in Brennstoffzellensystemen gerecht werden und den optimalen Betrieb sicherstellen, so dass die Systembauteile vor vorzeitiger Alterung und Zerstörung geschützt sind. Solche angepassten Regelungskonzepte für komplexe, modulierende Systeme sind derzeit insbesondere in der häuslichen Energieversorgung für KWK-Anlagen mit Brennstoffzellen nicht üblich.
Das Ziel von OWI und PLT ist, eine Modellbibliothek eines Brennstoffzellensystems zu entwickeln. Dazu werden die Systemkomponenten in einem physikalischen Modell modular nachgebildet. Auf diese Weise lassen sich sowohl die Abläufe für jede Einzelkomponente erstellen als auch das Zusammenspiel der Prozesse untereinander simulieren. Darauf basierend kann eine Systemsteuerung entwickelt werden. Der Entwickler kann die Steuerung zunächst einmal ohne Anschluss an das existierende Brennstoffzellensystem am Rechner testen (Software-in-the-loop, SiL). Das bis dahin auf Basis theoretischer Modellgleichungen entwickelte Steuerungsmodell wird durch ein empirisches Modell ergänzt, das Messdaten aus dem Systembetrieb erfasst und in die Steuerung einspeisen kann. So kann beispielsweise die Zusammensetzung des Synthesegases laufend berechnet und gesteuert werden, so dass die Brennstoffzelle keinen Schaden nimmt. Anschließend kann der Entwickler die Steuerungssoftware inklusive des empirischen Modells auf den Controller des Brennstoffzellensystems aufspielen und einem Praxistest unterziehen. Entwickelt wird das Simulationspaket auf der Basis eines HT-PEM (Hochtemperatur-Polymerelektrolyt) -Brennstoffzellensystems mit autothermem Reformer.
Weitere Informationen:
http://www.owi-aachen.de
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