Model-based optimization of hybrid energy systems

Aufgrund der hohen Kosten für die Erweiterung bestehender Energienetze muss man vor allem in dünn besiedelten Gebieten auf innovative Insellösungen setzten, anstatt die Energie über weite Strecken zu transportieren. Die Art von hybriden Stromversorgungssystemen, die im Rahmen dieser Doktorarbeit untersucht wurden, gehört zu der Kategorie der Microgrids wobei diese Arbeit sich mit Microgrids bestehend aus Dieselgeneratoren, Photovoltaik Modulen und Batterien befasst. Für die Entwicklung von Betriebsstrategien und Auslegungskonzepten für Microgrids werden in dieser Arbeit modellbasierte Ansätze verfolgt. Der Fokus einer optimalen Betriebsstrategie der Anlage liegt in der zuverlässigen und kostengünstigen Bereitstellung der Energie und der gleichzeitigen Verbesserung der Robustheit des Systems gegenüber Leistungsschwankungen der erneuerbaren Energiequellen. Die Optimierung des Systembetriebs wurde anhand numerischer Optimierungsalgorithmen basierend auf den Simulationsmodellen des hybriden Energiesystems durgeführt. Um einen echtzeitfähigen Betrieb der Anlage zu gewährleisten, wurden in dieser Arbeit modellprädiktive Algorithmen eingesetzt, welche basierend auf Echtzeitprognosen der Leistungsprofile die Berechnung der optimalen Energieverteilung und -bereitstellung durchführen. Nicht allein die Regelung solcher Systeme, sondern darüber hinaus die gesamte Anlagenkonfiguration und die Anzahl sowie die Dimensionierung der einzelnen Komponenten müssen auf Basis von Umwelt- und Wirtschaftsfaktoren optimiert werden, um die Rentabilität hybrider Inselnetzte zu gewährleisten. Für die optimale Auslegung der Anlage wurde im Rahmen dieser Arbeit eine effiziente modellbasierte, multikriterielle Optimierungsmethode entwickelt.