Optimale Steuerungsstrategie zur emissionsfreien Betriebsweise von Bordnetzen auf Schiffen

Alapfogalmak

Eine effiziente Leistungsmanagementstrategie für Bordnetze auf Schiffen, die Dieselgeneratoren, eine Brennstoffzelle und ein Batteriespeichersystem integriert, um den Betriebskosten zu minimieren und gleichzeitig die Emissionsfreiheit des Schiffs zu gewährleisten.

Kivonat

Diese Arbeit stellt eine optimale Leistungsmanagementstrategie für Bordnetze auf Schiffen vor, die mit Dieselgeneratoren, einer Proton-Exchange-Membran-Brennstoffzelle (PEMFC) und einem Batteriespeichersystem (BESS) ausgestattet sind. Der Leistungsmanagementalgorithmus basiert auf einem gemischt-ganzzahligen linearen Optimierungsproblem, das sowohl die Einsatzplanung als auch die wirtschaftliche Verteilung aller Erzeugungseinheiten umfasst, um eine zuverlässige Stromversorgung zu minimalen Kosten zu gewährleisten. Eine Reihe von Sicherheitsrestriktionen stellt sicher, dass die Anforderungen des Internationalen Verbands der Klassifikationsgesellschaften (IACS) erfüllt werden.
Es wurden zwei Fallstudien untersucht: Die erste Fallstudie diente als Referenz und berücksichtigte nur den Einsatz von Dieselgeneratoren, während die zweite Fallstudie auch den Einsatz einer PEMFC und eines BESS einbezog. Die in der zweiten Fallstudie berücksichtigten Ressourcen ermöglichen eine Reduzierung der CO2-Emissionen um 46% und ermöglichen den emissionsfreien Betrieb unter bestimmten Betriebsbedingungen.
Die Sensitivitätsanalyse zeigt die Bedeutung hoher Leistungskapazitäten sowohl für die Brennstoffzelle als auch für den Batteriespeicher, um eine optimale Emissionsfreiheit, Kraftstoffeffizienz und Kosteneinsparungen zu erreichen. Ein geringerer Wasserstoffverbrauch wird bei bestimmten Leistungs- und Energiebewertungen beobachtet. Diese Analyse bietet wertvolle Erkenntnisse zur Optimierung der Systemleistung unter Berücksichtigung von Machbarkeitsrestriktionen.

Statisztikák

Die Gesamtkosten betragen 65.575 €.
Der Gesamtverbrauch an Kraftstoff beträgt 19.029 kg.
Der Gesamtverbrauch an Wasserstoff beträgt 5.619 kg.
Die Gesamtemissionen an CO2 betragen 61.009 kg.
Der Carbon Intensity Indicator (CII) beträgt 6,4 g/t·nm.
Der durchschnittliche Lastfaktor der Dieselgeneratoren beträgt 78,34%.

Idézetek

"Die verfügbaren Ressourcen, die in der zweiten Fallstudie berücksichtigt wurden, ermöglichen eine Reduzierung der CO2-Emissionen um 46% und ermöglichen den emissionsfreien Betrieb unter bestimmten Betriebsbedingungen."
"Die Sensitivitätsanalyse zeigt die Bedeutung hoher Leistungskapazitäten sowohl für die Brennstoffzelle als auch für den Batteriespeicher, um eine optimale Emissionsfreiheit, Kraftstoffeffizienz und Kosteneinsparungen zu erreichen."

Főbb Kivonatok

Performance Investigation of an Optimal Control Strategy for Zero-Emission Operations of Shipboard Microgrids

by Fabio D'Agos... : arxiv.org 03-25-2024

https://arxiv.org/pdf/2310.11760.pdf

Mélyebb kérdések

Wie könnte eine modellprädiktive Regelungsstrategie die Leistungsmanagementoptimierung weiter verbessern?

Eine modellprädiktive Regelungsstrategie könnte die Leistungsmanagementoptimierung weiter verbessern, indem sie Echtzeitdaten und Prognosen nutzt, um zukünftige Betriebszustände vorherzusagen und entsprechend zu reagieren. Durch die Berücksichtigung von Unsicherheiten und dynamischen Systemverhalten kann die modellprädiktive Regelung die Effizienz des Leistungsmanagements erhöhen, indem sie optimale Betriebspläne generiert, die sowohl die Betriebskosten minimieren als auch die Systemstabilität gewährleisten. Darüber hinaus kann sie komplexe Systeme mit mehreren Energiequellen und Speichern effektiv koordinieren, um den Gesamtwirkungsgrad zu maximieren und die Emissionen zu minimieren.

Welche zusätzlichen Herausforderungen müssen bei der Implementierung einer emissionsfreien Bordnetzsteuerung auf Schiffen berücksichtigt werden?

Bei der Implementierung einer emissionsfreien Bordnetzsteuerung auf Schiffen müssen zusätzliche Herausforderungen berücksichtigt werden, darunter:

Infrastruktur: Die Schaffung der erforderlichen Infrastruktur für die Bereitstellung, Speicherung und Verteilung von grünem Wasserstoff oder anderen emissionsfreien Kraftstoffen.
Sicherheit: Gewährleistung der sicheren Handhabung und Lagerung von Wasserstoff oder anderen alternativen Kraftstoffen an Bord, um potenzielle Risiken zu minimieren.
Regulatorische Anforderungen: Einhaltung der strengen Vorschriften und Standards für den Betrieb emissionsfreier Systeme auf See, einschließlich Zertifizierungen und Genehmigungen.
Kosten: Die Investitionskosten für die Umstellung auf emissionsfreie Technologien und die langfristigen Betriebskosten im Vergleich zu konventionellen Kraftstoffen.
Betriebsflexibilität: Die Anpassungsfähigkeit des Systems an unterschiedliche Betriebsbedingungen und Lastanforderungen, um eine zuverlässige Stromversorgung zu gewährleisten.

Welche Auswirkungen hätte der Einsatz von grünem Wasserstoff auf die Gesamtkosten und Emissionen im Vergleich zu konventionellen Kraftstoffen?

Der Einsatz von grünem Wasserstoff könnte sowohl die Gesamtkosten als auch die Emissionen im Vergleich zu konventionellen Kraftstoffen beeinflussen:

Kosten: Grüner Wasserstoff kann anfänglich höhere Investitionskosten für die Infrastruktur und Technologien erfordern, aber langfristig könnten die Betriebskosten aufgrund der steigenden Verfügbarkeit und Effizienz von grünem Wasserstoff sinken.
Emissionen: Der Einsatz von grünem Wasserstoff würde die direkten CO2-Emissionen erheblich reduzieren, da bei der Verbrennung von Wasserstoff nur Wasserdampf entsteht. Dies würde zu einer signifikanten Verringerung der Treibhausgasemissionen führen und zur Einhaltung strengerer Umweltvorschriften beitragen.
Nachhaltigkeit: Grüner Wasserstoff ist eine nachhaltige Alternative zu fossilen Brennstoffen und würde die Abhängigkeit von nicht erneuerbaren Ressourcen verringern, was langfristig positive Auswirkungen auf die Umwelt und die Energieversorgung hätte.