294. DAK-Kolloquium | Hierarchische modellprädik­tive Regelung eines stationären Wasserstoff-Batterie-Hybridsystems

Kurzfassung / Abstract

Hybride Speichersysteme, bestehend aus Akkumulator und Wasserstoffspeicher mit Brennstoffzelle und Elektrolyseur, vereinen die Vorteile der Technologien hinsichtlich Effizienz und Kapazität. Damit können sie ökonomisch effizient zur Reduktion der stark fluktuierenden Einspeisung von Wind- und Photovoltaikenergie beitragen. Der Vortrag fokussiert sich auf einen hierarchischen Regelungsentwurf für derartige Hybridsysteme. Die Regelungshierarchie wird anhand der stark unterschiedlichen Zeitskalen des Systems motiviert, die sich vom Nanosekundenbereich auf Zellebene bis hin zu einem Tag für Verbrauchsprognosen erstrecken.

Besonderer Fokus liegt auf der obstersten Regler-Ebene.  Mithilfe einer ökonomischen modellbasierten prädiktiven Regelung wird die Betriebsführung im Hinblick auf hohe Gesamteffizienz und lange Lebensdauer realisiert.  Herausforderungen ergeben sich dabei durch komponentenabhängige Minimalleistungen, Startenergien und  weitere Nichtlinearitäten. Die Wahl des Optimierungsverfahrens in der Regelung ist diesbezüglich von zentraler Bedeutung und beeinflusst maßgeblich den Kompromisses zwischen erforderlicher Rechenzeit und der erzielbaren Modellgenauigkeit. Verglichen werden daher Verfahren zunehmenden Detaillierungsgrades: Linear Programming (LP), Mixed-Integer Linear Programming (MILP) und Mixed-Integer Quadratic Constraint Programming (MIQCP).