Im Rahmen dieses Projekts soll ein systematischer methodischer Ansatz entwickelt werden, um ein geeignetes Energieversorgungskonzept für eine bestimmte Antriebskonfiguration auszuwählen und zu dimensionieren. Die Entwicklung umfasst eine detaillierte Modellbeschreibung der Energieverbraucher und -versorger innerhalb des betrachteten Systems. Darüber hinaus werden physikalisch motivierte Modelle reduzierter Ordnung abgeleitet. Ein adäquater Superstruktur-Framework wird verwendet, um die einzelnen Komponenten miteinander zu verbinden. Unsicherheiten werden durch stochastische Analysen und Ersatzmodelle berücksichtigt. Auf diese Weise können globale Sensitivitäten des Systems analysiert und Robustheits- und Zuverlässigkeitsmaße berechnet werden. Ein derart umfassendes und grundlegendes Umdenken bei Energieversorgungskonzepten und -technologien soll das Potenzial für eine erhebliche Steigerung der Effizienz, der spezifischen Energie und Leistung sowie der Nachhaltigkeit erhöhen - nicht nur für das Energieversorgungssystem selbst, sondern auch für die einzelnen Komponenten. Darüber hinaus wird das Modell des Energieversorgungssystems für allgemeine Flugzeugdesignstudien in ICA-B und für Konzepte zur Versorgung vor Ort in ICA-A zur Verfügung gestellt. Dieses Projekt unterstützt dabei, vielversprechende Konzepte zu identifizieren sowie die Komponenten des Energiesystems auszuwählen und in einer geeigneten Struktur zu organisieren.
Dieses Projekt bietet ein Verknüpfungsframework für die Komponentenmodelle einschließlich der Entwurfsoptimierung. Der Energiefluss zwischen den verschiedenen Komponenten wird durch eine Energiemanagementstrategie bilanziert. Das Systemmodell muss die elektrischen, enthalpischen und thermischen Energieflüsse der Antriebsarchitektur sowie der erforderlichen Teilsysteme darstellen, wie z.B. Wärmemanagement- und Kühlsysteme. Eine unabdingbare Voraussetzung ist die Einbeziehung aller Verbraucher, wie z.B. das Enteisungssystem, die Produzenten, wie z.B. die Brennstoffzelle oder der Gasturbine sowie die Speicherkomponenten. Daher soll das Framework für die Entwicklung einer Superstruktur geeignet sein und ein flexibles topologisches Design bieten.
Bei der Entwicklung des Energiesystems zukünftiger Verkehrsflugzeuge ist die Betrachtung von Unsicherheiten ein essentieller Bestandteil. Die Unsicherheiten resultieren aus vereinfachten Modellen, fehlenden Daten oder generell dem Informationsdefizit, wenn zukünftige Systemkonfigurationen betrachtet werden. Eine große Herausforderung im Bereich der Unsicherheitsquantifizierung ist die rechentechnische Komplexität, um Wahrscheinlichkeitsverteilungen durch das System zu propagieren.
In einem ersten Schritt werden die Unsicherheiten im Energiesystemmodell identifiziert und als zufällige Eingangsvariablen modelliert. In Zusammenarbeit mit den anderen Projekten aus ICA-C werden die Verteilungen und Korrelationen der unsichereren Eingangsparameter charakterisiert. Zusätzlich zu den Unsicherheiten in den Eingangsparametern, werden Modellformunsicherheiten betrachtet. Diese Modellformunsicherheiten bilden ab, dass vereinfachte Ersatzmodelle im Energiesystemmodell verwendet werden.
Nachdem eine stochastischen Beschreibung der Parameter- und Modellformunsicherheiten vorliegt, können diese Unsicherheiten durch das Energiesystemmodell propagiert werden. Als typischer post-processing Schritt der Unsicherheitspropagation wird eine Sensitivitätsanalyse durchgeführt, um die kritischen unsicheren Parameter zu identifizieren. Basierend auf diesen Ergebnissen können zuverlässige und robuste Entwicklungsziele für die komponentenspezifischen Projekte in ICA-C zur Verfügung gestellt werden.
Prof. Dr.-Ing. Richard Hanke-Rauschenbach
Institut für Elektrische Energiesysteme
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