Simulationswerkzeuge zur Auslegung von Power Management Systemen und Integration moderner Energiequellen
M. Eng. Florian Herud, Prof. Axel Rafoth, Jens Borchhardt, Hochschule Wismar
Zur Verringerung des CO2 Ausstoßes werden überall Anstrengungen unternommen, so z.B. in Serverfarmen und Rechnersystemen, in Handis oder auch an Bord von Schiffen. Unterschiede bestehen jedoch in den Beträgen der umgesetzten Energien. Antriebssysteme führten die Skala nach den Leistungswerten bislang an, bei den für KI notwendigen Serverfarmen ist das nicht mehr so sicher.
Auf zukünftigen Schiffen werden zunehmend alternative, hybride Antriebskonzepte bestehend aus Brennstoffzellen und Batterien mit Elektromotoren eingesetzt oder existierende Systeme um alternative Komponenten erweitert. Oft kommt als Backup auch noch ein Dieselgenerator mit an Bord. Damit entsteht eine komplexe Aufgabenstellung in einem solchen System die beste Anpassung der Erzeugerleistung an die Verbraucher zu realisieren. Bei DC Netzen gibt es zusätzlich noch den Freiheitsgrad einer variablen Drehzahl der Dieselgeneratoren.
Ein energieoptimaler Betrieb kann nur ökologisch oder ökonomisch optimiert werden. Dazu notwendige Funktionen der Betriebsführung werden in einem Power-Management-System (PMS) realisiert. Auf daraus resultierend mögliche PMS Funktionen wird im Paper eingegangen.
In der Zukunft darf erwartet werden, dass wegen der besseren Wirkungsgrade besonders im Teillastbereich vermehrt Brennstoffzellen eingesetzt werden. Deren Lastverhalten erfordert wiederum zusätzliche PMS Funktionalitäten des Gesamtsystems. Auch der Vorteil von Smart—Loads kann abgeschätzt werden.
Modelle basierend auf Simulationsblöcken bilden die elektrischen und thermischen Charakteristiken sämtlicher relevanter Komponenten des Energiesystems ab. Sie erlauben, vorab getestet und validiert, im System eine Prüfung eines gewählten Designs bezüglich der gewählten Auslegungsleistungen für ausgewählte Reiseprofile oder auch über die Lebensdauer einiger Komponenten. Die Modelle sollen die wesentlichen physikalischen Größen real nachvollziehbar darstellen. PMS-Software-Funktionen sollten nachvollziehbar und exportierbar sein.
Simulationtool to design Power Management Systems and to integrate modern energysources
