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Institut für Regelungs- und Steuerungssysteme (IRS)

Prof. Dr.-Ing. Sören Hohmann

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Institut für Regelungs- und Steuerungssysteme
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Campus Süd
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Tel:  0721-608-43181
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Alternative Energiesysteme



Nachhaltigkeit ist ein wichtiges Anliegen unserer heutigen Gesellschaft.  Eine zentrale Frage ist dabei, wie sich unser zukünftiges Energiesystem allein auf Basis erneuerbarer Energien aufstellen lässt. Nicht nur in diesem Bereich gewinnt die Speicherung von Energie an Bedeutung, sondern auch in der Elektromobilität. Für dieses Spektrum an Anwendungsfeldern entwickelt die Arbeitsgruppe Alternative Energiesysteme innovative Verfahren in den beiden Forschungsschwerpunkten Energienetze und Batteriesysteme.  

Energienetze

Im Rahmen der Energiewende in Deutschland und anderen Teilen der Welt, werden konventionelle Kraftwerke durch eine große Anzahl regenerativer Energiequellen ersetzt, insbesondere in Form vom Photovoltaik- und Windkraftanlagen. Überwiegend auf Verteilnetzebene zugebaut, führen diese dort zunehmend zu Engpässen, was die Netzbetreiber zum Ausbau ihrer Netze verpflichtet. Zudem erzwingt die schlechte Prädizierbarkeit, die hohe Flankensteilheit und die mangelnde Steuerbarkeit der regenerativen Erzeugungsleistung eine massive Erweiterung der Speicherkapazitäten.

Durch den Einsatz von Energiekonvertern wie Power-to-Gas-Anlagen und Blockheizkraftwerken können Strom-, Gas- und Wärmeverteilnetze gekoppelt und damit die beschriebenen Herausforderungen effektiv gemeistert werden. Für die daraus neu entstehenden multimodalen Verteilnetze sind bisher kaum regelungstechnische Methoden bekannt.

Die Arbeitsgruppe alternative Energiesysteme forscht daher entlang des gesamten regelungstechnischen Entwurfsprozesses an innovativen Verfahren für multimodale Energieverteilsysteme:


Batteriesysteme

Aufgrund des volatilen Charakters der erneuerbaren Energien, ist die Zwischenspeicherung dieser Energie z.B. mit Li-Ionen Batterien ein wichtiges Anliegen. Auch in der Elektromobilität und der Unterhaltungselektronik gewinnen Batteriesysteme als elektrische Energiespeicher aufgrund der steigenden Ansprüche bzgl. der Reichweite und Verfügbarkeit zunehmend an Bedeutung.

Um den sicheren und effektiven Betrieb der Batteriesysteme gewährleisten zu können, werden Batteriemanagementsysteme (BMS) eingesetzt. Diese verwenden häufig zu ungenaue heuristische Methoden wie z.B. Zählverfahren zur Schätzung des Batteriezustands. Am IRS hingegen werden modellbasierte Methoden zur automatisierten Identifikation des physikalischen Batteriezustands im laufenden Betrieb entworfen. Bestehende BMS arbeiten mit zentralen Architekturen und kommen daher bei der Zusammenschaltung einer großen Anzahl von Zellen schnell an ihre Grenzen. Für einen effizienten Einsatz der Batteriesysteme erforscht das IRS daher neue dezentrale und verteilte Ansätze zur Überwachung und Regelung: