AUSLEGUNGSVERFAHREN FÜR AUTARKE PV BATTERIE WASSERSTOFF HYBRIDSYSTEME MITTELS PARTIKEL SCHWARM OPTIMIERUNG

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1 Isttut für Eergetechk Professur für Eergespechersysteme AUSLEGUNGSVERFAHREN FÜR AUTARKE PV BATTERIE WASSERSTOFF HYBRIDSYSTEME MITTELS PARTIKEL SCHWARM OPTIMIERUNG Mart Paultschke Dresde, 15. November 2016

2 Auslegugsverfahre für autarke PV-Battere-Wasserstoff-Hybrdsysteme mttels Partkel-Schwarm-Optmerug Ageda 1. Motvato 2. autarke Eergeversorgugsehet 3. Auslegug mttels Partkel-Schwarm-Algorthmus 4. Auslegugsergebs Professur für Eergespechersysteme Mart Paultschke Fole 2 vo 21

3 Auslegugsverfahre für autarke PV-Battere-Wasserstoff-Hybrdsysteme mttels Partkel-Schwarm-Optmerug 1. Motvato 100% ereuerbare Eergeversorgug Wd Soe Wasser dezetrale Alage Flächealage Großproekte (DESERTEC) autarke Alage etzgebudee Alage Auslegug Betrebsführug Professur für Eergespechersysteme Mart Paultschke Fole 3 vo 21

4 Auslegugsverfahre für autarke PV-Battere-Wasserstoff-Hybrdsysteme mttels Partkel-Schwarm-Optmerug 2. autarke Eergeversorgugsehet Bespelawedug Bespel für PV-Lestugsverlauf gemäßgte Brete typscher elektrscher Eergebedarf ees Prvathaushaltes (5MWh/a) Professur für Eergespechersysteme Mart Paultschke Fole 4 vo 21

5 Auslegugsverfahre für autarke PV-Battere-Wasserstoff-Hybrdsysteme mttels Partkel-Schwarm-Optmerug 2. autarke Eergeversorgugsehet Bespelawedug Bespelverlauf der Dfferezlestug über dre Tage m Aprl P Dff = P PV P Last Professur für Eergespechersysteme Mart Paultschke Fole 5 vo 21

6 Auslegugsverfahre für autarke PV-Battere-Wasserstoff-Hybrdsysteme mttels Partkel-Schwarm-Optmerug 2. autarke Eergeversorgugsehet Aufbau P PV,Ne P PV, max, soll Betrebsführugsparameter PV - Alage Verbraucher Betrebsführug Messegäge Steuervektor P PV P Last AC-Bus P BZ,Ne P H2,soll P Batt P H2 P H2 Brestoffzelle H 2 Tak E Batt,Ne Battere Elektrolyseur SOC H2 SOC Batt Kurzzetspecher Lagzetspecher P EL,Ne Professur für Eergespechersysteme Mart Paultschke Fole 6 vo 21

7 Lestug SOC Auslegugsverfahre für autarke PV-Battere-Wasserstoff-Hybrdsysteme mttels Partkel-Schwarm-Optmerug 2. autarke Eergeversorgugsehet Betrebsführug SOC EL, a Auftelug der Dfferezlast auf bede Specher SOC EL, aus SOC BZ, aus verschedeste Verfahre möglch (Bocklsch, Böttger) SOC BZ, a Etschedug für efache Zwe-Pukt-Hysterese-Regler P EL Zet Battere übermmt zuächst de Dfferezlestug P BZ Elektrolyseur schaltet be hohem Battereladezustad zu Zet Brestoffzelle wrd be edrgem Ladezustad zugeschalte SOC EL, a > SOC EL, aus > SOC BZ, aus > SOC BZ, a Professur für Eergespechersysteme Mart Paultschke Fole 7 vo 21

8 Auslegugsverfahre für autarke PV-Battere-Wasserstoff-Hybrdsysteme mttels Partkel-Schwarm-Optmerug 2. autarke Eergeversorgugsehet Koste als Bewertugskrtere der autarke Eergeversorgugsehet Kompoete Parameter Wert K PV = p PV P PV,Ne T PV,kal PV-Alage p PV T PV,kal 1250 /kw 20 Jahre K Batt = p Batt E Batt,Ne L Batt K EL = p EL P EL,Ne L EL K BZ = p BZ P BZ,Ne L BZ K Tak = p Tak V Tak T Tak,kal L Batt = L EL = L BZ = Z Batt Z Batt,max S EL S EL,max S BZ S BZ,max Battere Brestoffzelle Elektrolyseur p Batt 1000 /kwh Z Batt,max 5000 p BZ 3000 /kw S BZ,max 2000 p EL 3000 /kw S EL,max 2000 K Iv = K PV + K Batt + K BZ + K Ele + K Tak H 2 -Tak p H2 T Tak,kal 30 /Nm³ 20 Jahre Professur für Eergespechersysteme Mart Paultschke Fole 8 vo 21

9 SOC Batt % Auslegugsverfahre für autarke PV-Battere-Wasserstoff-Hybrdsysteme mttels Partkel-Schwarm-Optmerug Eergehalt H 2 Tak kwh 2. autarke Eergeversorgugsehet Krtere der Versorgugsscherhet > 5% vo E Last Tag K Batt,Scher = Batt Bestr 1 m SOC Batt 20% Tag K H2,Scher = H 2 Bestr 1 E H2(t N ) E H2 (t 1 ) 5% E Last Gütewert: G = K Iv + K Batt,Scher + K H2,Scher Professur für Eergespechersysteme Mart Paultschke Fole 9 vo 21

10 Auslegugsverfahre für autarke PV-Battere-Wasserstoff-Hybrdsysteme mttels Partkel-Schwarm-Optmerug 2. autarke Eergeversorgugsehet Smulatoswerkzeug vektorserter Satz uterschedlcher Skalerugsparameter z.b.: E Batt,Ne = 1kWh, 2kWh, 3kWh, parallelserte Berechug Skalerugsparameter der Ezelkompoete E Batt,Ne, P PV,Ne, P BZ,Ne, P ELE,Ne, Modellparameter: η AC/DC, R, PV- ud Verbrauchszetrehe: P PV (t), P Last (t) Smulatosmodell der autarke Versorgugsehet (C++) Ergebszetrehe SOC Batt (t),soc H2 (t), P Batt (t), spezfsche Koste p Batt, p BZ, Belastbarketsparameter Zyklelebesdauer, Zetrehebewertug (Matlab) Gütewert (Koste /a) Professur für Eergespechersysteme Mart Paultschke Fole 10 vo 21

11 Auslegugsverfahre für autarke PV-Battere-Wasserstoff-Hybrdsysteme mttels Partkel-Schwarm-Optmerug G k /a P PV, Ne kw G k /a 3. Auslegug mt Partkel-Schwarm-Algorthmus Optmerugsproblem Fde optmale Dmesoerug der Ezelkompoete ud güstgste Estellug der Betrebsführugsparameter Egeschafte der Zelfukto: hoch dmesoal cht kovex (lokale Optma) cht lear ustetg ugültge Bereche (65%) A ,5 ugültge Bereche lokale Optma ,9 3,7 3,5 3,3 3,1 Möglche Lösugsverfahre: Dowhll-Smplex Evolutoäre Algorthme Schwarmalgorthme 3,3 3,1 25 Ustetgketsstelle E Batt,Ne kwh Professur für Eergespechersysteme Mart Paultschke Fole 11 vo 21

12 Parameter 2 Auslegugsverfahre für autarke PV-Battere-Wasserstoff-Hybrdsysteme mttels Partkel-Schwarm-Optmerug 3. Auslegug mt Partkel-Schwarm-Algorthmus Partkel-Schwarm-Algorthmus - Allgeme Ԧx B Ԧv K Ԧx N Ԧx N Ԧv N 1 Ԧx N+1 Ԧv T Ԧv S Ԧx G etwckelt vo Eberhardt ud Keedy 1995 teratve Bewegug der Partkel durch Geschwdgketsvektor Ԧv Evaluato der aktuelle Posto mt egeer Erfahrug ud Austausch mt adere Partkel (Nachbar m Schwarm) Ԧx +1 = Ԧx + Ԧv Ԧv = k T Ԧv 1 + k K r Ԧx B Ԧx + k S r Ԧx BN Ԧx Parameter 1 Beeflussug der Bewegugsrchtug durch: - Träghet Ԧv T (k T ) - Kogto Ԧv K (k K ) - Sozalverhalte Ԧv S (k S ) Professur für Eergespechersysteme Mart Paultschke Fole 12 vo 21

13 Auslegugsverfahre für autarke PV-Battere-Wasserstoff-Hybrdsysteme mttels Partkel-Schwarm-Optmerug 3. Auslegug mt Partkel-Schwarm-Algorthmus Stadard Partkel-Schwarm-Algorthmus - Ablaufpla Start Ede zufällge Italserug der Partkel Ԧx = rad() Abbruchkrtere G = f Ԧx Ԧv < v m G < G B G < G G Bestwerte specher G B = G Ԧx B = Ԧx B = 1 = + 1 G = G Ԧx G = Ԧx = 0 Posto eu bereche Ԧv = k T Ԧv 1 + k K r Ԧx B Ԧx + k S r Ԧx BN Ԧx beschräke Ԧv auf v max Ԧx +1 = Ԧx + Ԧv = + 1 > N P > N,max > N I = 0 = Professur für Eergespechersysteme Mart Paultschke Fole 13 vo 21

14 Auslegugsverfahre für autarke PV-Battere-Wasserstoff-Hybrdsysteme mttels Partkel-Schwarm-Optmerug 3. Auslegug mt Partkel-Schwarm-Algorthmus Erweteruge 1: Startverbesserug Start Ede zufällge Italserug der Partkel Ԧx BN G = f Ԧx Abbruchkrtere Bestwerte specher Ԧx B Ԧx Ԧx +1 Startverbesserug k K = 0 G B gültg Posto eu bereche = 0 > N P = Professur für Eergespechersysteme Mart Paultschke Fole 14 vo 21

15 Auslegugsverfahre für autarke PV-Battere-Wasserstoff-Hybrdsysteme mttels Partkel-Schwarm-Optmerug 3. Auslegug mt Partkel-Schwarm-Algorthmus Erweteruge 2: Reflexo Start Ede zufällge Italserug der Partkel Ԧx 1 G = f Ԧx Abbruchkrtere Ԧx Ԧx +1 G gültg Reflexo Ԧv = Ԧv 1 Bestwerte specher = 0 > N P = + 1 Ԧv = Ԧv 1 2 Ԧx = Ԧx 1 Ԧv G = f Ԧx G gültg Startverbesserug Posto eu bereche Fole 15 vo 21 Professur für Eergespechersysteme Mart Paultschke

16 Auslegugsverfahre für autarke PV-Battere-Wasserstoff-Hybrdsysteme mttels Partkel-Schwarm-Optmerug Gütewert 3. Auslegug mt Partkel-Schwarm-Algorthmus Erweteruge 3: Kozetrato auf Verbesserugsrchtug Start Ԧx 1 Ԧx Ede zufällge Italserug der Partkel Ԧx BN k S 3 k T = 1 Parameter G = f Ԧx Abbruchkrtere Reflexo Bestwerte specher Kozetrato = 0 > N P = + 1 k T = k T 1 B + B k S = k S (1 2 3 B ) Startverbesserug Posto eu bereche Professur für Eergespechersysteme Mart Paultschke Fole 16 vo 21

17 Auslegugsverfahre für autarke PV-Battere-Wasserstoff-Hybrdsysteme mttels Partkel-Schwarm-Optmerug 3. Auslegug mt Partkel-Schwarm-Algorthmus Bespel Optmerugslauf Professur für Eergespechersysteme Mart Paultschke Fole 17 vo 21

18 Auslegugsverfahre für autarke PV-Battere-Wasserstoff-Hybrdsysteme mttels Partkel-Schwarm-Optmerug 3. Auslegug mt Partkel-Schwarm-Algorthmus Verglech PSO ud GA Mmum Maxmum G G σ(g G ) Iteratoe Stadard PSO , Erweterter PSO , Geetscher Alg , Professur für Eergespechersysteme Mart Paultschke Fole 18 vo 21

19 Auslegugsverfahre für autarke PV-Battere-Wasserstoff-Hybrdsysteme mttels Partkel-Schwarm-Optmerug 4. Auslegugsergebs P PV,Ne = 18,7 kw SOC EL,a = 99,9 % SOC BZ,aus = 47,3 % SOC EL,aus = 99,0 % SOC BZ,a = 42,3 % PV - Alage Verbraucher Betrebsführug AC-Bus Koste Lebeszet Jahre P BZ,Ne = 1,28 kw PV-Alage ,75 20 E Batt,Ne = 17,9 kwh P Batt Battere P H2 P H2 Brestoffzelle Elektrolyseur P El,Ne = 1,27 kw H 2 Tak V H2,Tak = 455 Nm³ Battere ,69 20 Kurzzetspecher Lagzetspecher Brestoffzelle Elektrolyseur H2- Specher 3.846, , , Gesamt , Professur für Eergespechersysteme Mart Paultschke Fole 19 vo 21

20 Auslegugsverfahre für autarke PV-Battere-Wasserstoff-Hybrdsysteme mttels Partkel-Schwarm-Optmerug 4. Auslegugsergebs Professur für Eergespechersysteme Mart Paultschke Fole 20 vo 21

21 Auslegugsverfahre für autarke PV-Battere-Wasserstoff-Hybrdsysteme mttels Partkel-Schwarm-Optmerug Zusammefassug - erweterter Partkel-Schwarm-Algorthmus geeget zur Optmerug autarker Eergeversorgugsehete - Erweteruge verbesser de Geaugket ud Geschwdgket des Partkel-Schwarm-Algorthmus - Sehr gute Ergebsse auch m Verglech mt Geetsche Algorthmus - Utersuchuge zu Sestvtäte der Kosteparameter köe durchgeführt werde - Awedug auch wetere Esatzfelder (Lastprofle) Professur für Eergespechersysteme Mart Paultschke Fole 21 vo 21

22 Vele Dak für Ihre Aufmerksamket Isttut für Eergetechk Professur für Eergespechersysteme AUSLEGUNGSVERFAHREN FÜR AUTARKE PV BATTERIE WASSERSTOFF HYBRIDSYSTEME MITTELS PARTIKEL SCHWARM OPTIMIERUNG Mart Paultschke Dresde, 15. November 2016