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In einem von erneuerbaren Energien dominierten Energiesystem spielen Speichertechnologien eine zentrale Rolle. Im Rahmen der deutschen Energiewende entstehen momentan mehrere Demonstrationsprojekte, in welchen regenerativer Strom mittels Wasserelektrolyse in Form von Wasserstoff gespeichert wird und sektorenübergreifend Anwendung findet.
Zur technischen und ökonomischen Bewertung von Szenarien, welche bereits heute von Relevanz sind, werden im Rahmen dieser Arbeit Simulationen durchgeführt. Hierfür werden mehrere auf regenerativen Energien und Wasserstoff basierende Systempfade mit den Zielapplikationen Wasserstoffbereitstellung für Industrieanwendungen, Wasserstoff-Gasnetzeinspeisung und Rückverstromung entworfen. Darüber hinaus wird auch ein zukünftiges Szenario zur saisonalen Stromspeicherung betrachtet.
Als Voraussetzung der Simulation werden die in den Systempfaden vorkommenden Komponenten in Matlab/Simulink von Grund auf abgebildet und je nach Zielstellung logisch miteinander verschalten. Die Elektrolyseanlage als zentrale Komponente verfügt hierbei über den höchsten Detailgrad. Zur Erhebung technischer Kennfelder als auch zur Charakterisierung des Betriebsverhaltens werden weitreichende Untersuchungen an einem realen Druckelektrolyseur durchgeführt, woraufhin eine Implementierung der erhobenen Daten in das Modell erfolgt. Die Energiebereitstellung in den Simulationen geschieht mittels Windkraft und Photovoltaik, welche direkt oder zur Wasserstoffherstellung genutzt wird. Der Wasserstoff wird je nach Einsatzstrategie weiter verdichtet, einer Speicherlösung zugeführt und anschließend rückverstromt. Zur Deckung des Wasserstoffbedarfs bzw. der Stromabnahmeprofile wird eine Sensitivitätsanalyse zur Dimensionierung der Systemkomponenten durchgeführt. Der Hauptfokus liegt hierbei auf der Sicherstellung der Versorgungssicherheit.
Aufgrund seines Detailgrades schließt das im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Modell die Lücke zwischen der Komponenten- und der Systemmodellierung. Somit findet es in der zielgerichteten Analyse von realen Wasserstoff-Versorgungspfaden seine Anwendung.
Aufbauend auf der technischen Simulation werden die rechtlichen Rahmenbedingungen der Systempfade dargestellt und anhand eines spezifisch angepassten Kostenmodells die Wasserstoff- und Stromgestehungskosten berechnet sowie die Kostenverteilung hinsichtlich der Kostenbestandteile und Komponenten dargestellt.
Die Hauptfaktoren der Gestehungskosten liegen in der Strombereitstellung, gefolgt von der Elektrolyse. Für die Wasserstoffspeicherung und Rückverstromung fallen vergleichsweise geringe Kosten an. Der angesetzte Zinssatz und eventuelle Abgaben haben einen wesentlichen Einfluss auf die Strom- und Wasserstoffkosten. Die Höhe der anfallenden Abgaben ist stark vom Anwendungsfall abhängig und muss für jeden Einzelfall gesondert betrachtet werden. Ein maßgeblicher Entfall von Abgaben liegt bei der Eigenversorgung ohne Leitung durch ein öffentliches Netz vor.
The Electric power crisis is one of the major problems in Bangladesh, the gap between demand and generation is increasing day by day. Moreover, most of the power plants are gas based which will be phased out in future. An alternate electric supply is an essential part for electrifying the developing countries, in this context an innovative approach of rural electrification including DC microgrid, mini-grid and nanogrid would be technically and economically feasible. The thesis draws also attention on the development of technology which enables community owned power system to emerge in the rural areas based on distributed SHS and demand of that community.
Firstly, the electric status and renewable potential in Bangladesh are studied and considered those data into the software based simulation to analysis the technical feasibility to implement DC microgrid by Homer pro tools. The distributed RES (Renewable Energy sources) considered solar PV and biomass. The booming of a large number of individual SHS (Solar Home System) in Bangladesh, bottom-up energy sharing concept would have studied to configure the optimal design of microgrid system and different configuration including grid connected and DC and AC system studied.
Secondly, The PV module is highly dependent on cell temperature and solar irradiance, the ambient temperature, and solar irradiance mathematical equation have been considered to model and simulate in MATLAB/SIMULINK based environment. Similarly charge controller, battery operation, and performance analysis with respect to the PV model. In the distributed energy sources are mainly SHS including large size and regular also model and simulate in MATLAB/SIMULINK software. For instance, the thesis mainly focuses on an optimal design, planning, sizing of DC hybrid microgrid, the SHS, and biomass-based power system with the goal of maximizing the efficiency and reliability. Homer Pro tool used in the work for design an optimal configuration and sizing for technical feasibility.
Finally, a model of DC microgrid compresses with micro sources like SHS systems, µ-CHP, the household loads model in MATLAB/SIMULINK. Decentralized SHS control strategies (droop control) and operation also design and model in MATLAB/SIMULINK environment, where DC – DC converter needs to couple SHS and DC microgrid.