Optimaler Aufbau von Batteriesystemen für Windkraftanlagen

Abstract:
Die Modellierung, Simulation und Optimierung eines großen Batteriespeichersystems wird am Beispiel der Vanadium-Redox-Flow-Batterie (VRFB) präsentiert. Das vorgestellte multiphysikalische Gesamtmodell spiegelt das elektrochemische und hydraulische Verhalten der Batterie wider. Der elektrische Teil enthält zudem eine in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer ICT in Pfinztal/Berghausen entworfene Modellierung der sogenannten Streustromverluste, welche in Flussbatterien auftreten. Das Energiewandlungssystem (EWS) ist in Wirkungsgradkurven hinterlegt, die zuvor in detaillierten Simulationen ermittelt wurden. Durch die Implementierung des hydraulischen Systems sind auch die Pumpverluste der Flussbatterie bestimmbar. Durch die Modellierung und Simulation des Gesamtsystems wird der optimale innere Aufbau der Batterie identifiziert. Neben der Dimensionierung des hydraulischen Kreises wird die parallele und serielle Verschaltung der Batteriestacks zu Strängen und Modulen optimiert. Der Modellaufbau in Matlab/Simulink ist weitgehend automatisiert. Dadurch ist es in Zukunft möglich, eine große Anzahl von Varianten des Batteriesystems aufzubauen und zu validieren. Die Ergebnisse und Parameter von vier verschiedenen Varianten werden präsentiert und diskutiert.