Präsentation Masterarbeiten BFH-Zentrum Energiespeicherung 2020

24.08.2020 Werkzeuge und Methoden, die zu einer sicheren und stabilen Stromversorgung beitragen oder die dazu führen, dass die Lebensdauer von Batterien optimiert werden kann: Am 19. August präsentierten Absolventen des Master of Science in Engineering ihre Abschlussarbeiten im Bereich Energiespeicherung.

Die Masterarbeiten entstanden im Rahmen des BFH-Zentrums Energiespeicherung. Hier finden Sie die Videos der Präsentation und weitere Informationen.

Die Anforderungen an moderne Stromnetze ändern sich aufgrund der laufenden Veränderungen durch dezentrale Einspeisung, Speicherung und flexible Verbraucher ständig. Diese Veränderungen müssen quantifiziert werden, um eine effiziente Netzplanung im Verteilnetz zu gewährleisten. In der Arbeit wurde ein Lastprofil-Tool entwickelt, das zukünftige Leistungsprofile im Stromnetz basierend auf den Energieperspektiven 2050 generiert. Die Leistungsprofile können bei der Leistungsflussberechnung in der Planung von Verteilnetzen verwendet werden, um auch künftig eine hohe Qualität der Stromversorgung zu gewährleisten.

Um die Beobachtung und den Vergleich der Spannungsqualität in Stromnetzen zu erleichtern, wurde ein Index entwickelt, welcher alle Spannungsqualitätsparameter in einem einzelnen repräsentativen und stabilen Wert zusammenfasst. Basierend auf zwei Messkampagnen wurde ein Regressionsmodell entwickelt, welches eine Extrapolation des Index auf verschiedene Netzknoten ermöglicht. Dies soll den Verteilnetzbetreibern dabei helfen, Netzrückwirkungen in der Planung und im Betrieb zu beurteilen und Störungen im Netz zu verhindern.

Im Rahmen eines konkreten Integrationsprojektes wird der Alterungsprozess eines elektrochemischen Speichersystems mit verschiedenen Regelstrategien evaluiert. Durch diese Analyse kann die optimale Konfiguration der Batterie bestimmt werden, um ihre Lebensdauer zu verlängern und gleichzeitig die notwendigen Investitionen zu minimieren.

Bei den heutigen Batterien von Elektrofahrzeugen wird der Ladezustand in der Regel mit Hilfe von Ersatzschaltungsmodellen geschätzt. Leider fehlt diesen die Darstellung der elektrochemischen Zustände, die für Alterungsminimierungsstrategien erforderlich sind. Es werden verbesserte physik-basierte Batteriemodelle eingeführt, die in der Lage sind, alterungsrelevante Eigenschaften zu simulieren. Basierend auf einer Sensitivitätsanalyse werden die wichtigsten Parameter einer kommerziellen Li-Ionen-Zelle gemessen und optimiert, was zu einer hervorragenden Vergleichsprüfung für realistische Betriebszyklen führt.

Für die Erforschung und Entwicklung neuer Batteriedesigns sind Simulationen ein wichtiges Werkzeug. Auf dem Markt sind mehrere Softwarepakete für solche Berechnungen erhältlich, wie zum Beispiel das «Batteries & Fuel Cells Module» von COMSOL. Die überwiegende Mehrheit dieser Pakete sind proprietär und für die Benutzung müssen Lizenzen erworben werden. In dieser Arbeit wurde ein Tool für die Simulation von Batterien basierend auf dem frei verfügbaren Softwarepaket «FEniCS» erstellt.

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Studiengangsleiter MSc Engineering