Modeling and steering of multi-use operation with uninterruptible power supply systems utilizing the example of lead-acid batteries

Badeda, Julia; Sauer, Dirk Uwe (Thesis advisor); Monti, Antonello (Thesis advisor)

Aachen : ISEA (2019, 2020)
Buch, Doktorarbeit

In: Aachener Beiträge des ISEA 135
Seite(n)/Artikel-Nr.: 1 Online-Ressource (XIII, 15-282 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2019

Kurzfassung

Bei zunehmender Durchdringung eines elektrischen Netzes mit fluktuierenden erneuerbare Energieerzeugungsanlagen (fEE) steigt der Bedarf der Flexibilisierung desselben. Batterieenergiespeichersysteme bieten dabei eine Option in einem Portfolio an Flexibilisierungsmaßnahmen. Im Wettbewerb sind aktuell vor allem die immer noch hohen spezifischen Kosten je kW und kWh hinderlich. Deswegen ist es von Interesse, bereits installierte Batteriespeichersysteme zu ertüchtigen, so dass sie gleichzeitig Netzdienstleistungen liefern können. Die Kombination von verschiedenen Anwendungen führt zu einer Erhöhung der möglichen monetären Rückflüsse und wird als Multi-Nutzen-Anwendung bezeichnet. Speicher in Unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlagen (USV) werden in dieser Arbeit als Lösung betrachtet. Es werden dafür verschiedene USV Topologien beschrieben und die für die Anwendung am besten Geeignetste identifiziert. Es erfolgt eine Kategorisierung der aktuell absehbaren Anwendungen innerhalb des deutschen Strommarkts sowie eine detaillierte Analyse der attraktivsten Opportunitäten. Für die Simulation des elektrischen Verhaltens einer USV Batterie in Multi-Nutzen-Anwendung wurde ein equivalent electrical circuit (EEC) Model entwickelt und mit einer für die USV-Anwendung üblichen Batterie parametriert. Das elektrische Model wurde mit einem physiko-chemischen Alterungsmodel kombiniert, um den ökonomischen Mehrwert von Multi-Nutzen vs. Stand-alone Anwendung evaluieren zu können. Die Prozedur zur Parametrierung ist im Detail beschrieben, so dass Verbesserungen an dieser und Erweiterungen auf andere Typen möglich sind. Für die Modellimplementierung und der Anwendung in der Batteriediagnostik wurde außerdem der Einfluss der relevanten Alterungsmechanismen auf das Impedanzspektrum einer Blei-Säure-Batterie tiefergehend untersucht. Diese Arbeit bietet einen Ansatz für die Ertüchtigung von gängigen USV Anlagen zur Erbringung von Zusatzleistungen im zukünftigen Stromsystem.

Einrichtungen

• Lehrstuhl für Elektrochemische Energiewandlung und Speichersystemtechnik [618310]
• Institut für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe [614500]