HRS-Modell – Simulationsmodell für Wasserstofffüllanlagen

Simulationsmodell zur Berechnung von Wasserstoff-Füllanlagen

Was ist HRS-Modell?

HRS-Modell ist ein Simulationsmodell, das entwickelt wurde, um die thermodynamischen Effekte innerhalb von Wasserstoff-Füllanlagen während des Betriebs zu berechnen. Es eignet sich zur simulativen Darstellung nahezu aller Arten von Wasserstoff-Anlagen. Das Modell entstand im Rahmen des von der IGF geförderten Projekts “HRS-Modell”.

Funktionalität

HRS-Modell wurde zur Abbildung von Wasserstoff-Füllanlagen entwickelt. Hierzu zählen unter anderem Anlagen und Tankstellen zur Befüllung von Autos, Bussen, LKW, Zügen, Schiffscontainern und Trailern. Hierbei ist es möglich, den Detailgrad frei zu wählen und so den Berechnungsfokus auf die spezifische Fragestellung anzupassen.

Software

Das Simulationsmodell ist in seiner derzeitigen Version als Beta-Version veröffentlicht. Für die Nutzung werden MATLAB Simulink sowie ausgewählte Toolboxen benötigt. Im Anschluss kann die Modell-Library eingelesen werden. Für alle relevanten Betriebs- und Modellparameter sind Default-Werte vorgeben, die angepasst werden können.

Validierung

Im Rahmen des geförderten Projektes wurde HRS-Modell mit Messdaten validiert, die am Wasserstoff-Testfeld des ZBT aufgezeichnet wurden. Im Zuge von Kooperationen und Projekten mit Partnern aus der Industrie und der Forschung wird HRS-Modell mit realen Anlagendaten fortlaufend weiterentwickelt und validiert.

Wofür ist das Modell nutzbar?

Möglichkeiten

Befüllung von Speichern
Entleerung von Speichern
Booster-Betankung / Direct compression
Back-to-back Betankungen
Parallele Betankung
Abbilden von Betriebskonzepten
Einzelvorgänge
Zyklenbetrachtung
Trailer-Swap

Anwendungen

Iterative Design- und Betriebsauslegung von Wasserstoff-Anlagen
Darstellung dynamischer Prozesse zeitaufgelöst für jede Stelle in der Anlage
Machbarkeitsanalyse von Strategien vorhandener und geplanter Anlagen und Systeme

“Die Zukunft sollte man nicht voraussehen wollen, sondern möglich machen.“

Antoine de Saint-Exupery

Von der Theorie zur Praxis

Unser Ziel ist es, einen Beitrag zum theoretischen und praktischen Verständnis von Wasserstoff-Füllanlagen und somit einem ökonomischen und ökologischen Betrieb beizutragen. Hierzu arbeiten wir in Projekten und Aufträgen direkt mit Instituten und Unternehmen zusammen. Theorie und Praxis fließen iterativ in die Entwicklung ein.

Die Ergebnisse der Berechnung sind während der Simulation live nachvollziehbar. Der Output und die analysierten Daten können individuell angepasst werden.

Es ist kein spezieller Simulationsrechner erforderlich. HRS-Modell wurde so entwickelt, dass auch auf handelsüblichen Rechnern kurze Rechenzeiten erreicht werden.

HRS-Modell wird fortlaufend weiterentwickelt. Im Rahmen von Forschungs- und Industrieprojekten, durch Lehrstuhl und ZBT, genauso wie mit Industriepartnern.

Unser Angebot

Sie wollen HRS-Modell nutzen, haben Fragen, Anmerkungen oder allgemeines Interesse? Wir bieten die Möglichkeit, gemeinsam mit uns zu arbeiten, um für Ihre Anwendung optimal zugeschnittene Lösungen zu finden und das volle Potenzial von HRS-Modell für Sie nutzbar zu machen. Ihre Optionen mit uns zu arbeiten:

Im Rahmen des projektbegleitenden Ausschuss von “HRS-Modell” erhalten Sie in den halbjährigen Ausschusssitzungen Informationen und Updates und können aktiv an der Entwicklung des Modells partizipieren. Eine Teilnahme am Ausschuss ist kostenlos.

Sie möchten die Funktionen von HRS-Modell besser kennenlernen, um selber flexibel Ihre Anwendungen berechnen zu können? In Workshops arbeiten wir gemeinsam daran, Ihnen das HRS-Modell und die Theorie dahinter näher zu bringen.

Sie haben Anlagen oder Anwendungen, die Sie simulieren und auslegen lassen wollen? Wir unterstützen Sie gerne indem wir Ihr System für Sie nachbilden und die Betriebsszenarien simulieren. So unterstützen wir Sie iterativ sowohl bei Design- als auch Betriebsdefinition.

Sie möchten intensiver mit uns zusammenarbeiten oder kooperieren? Wir kooperieren mit einer Vielzahl von Unternehmen auf lokaler bis internationaler Ebene im Rahmen gemeinsamer Förderprojekte oder Industrieaufträge. Sprechen Sie uns gerne direkt an.

Updates und Revisionen

Ein Ausblick

Unser Ziel ist es, das HRS-Modell kontinuierlich weiterzuentwickeln und aktuelle Entwicklungen und Anforderungen einfließen zu lassen. Dies betrifft technische Entwicklungen z. B. im Bereich der Protokollentwicklung, aber auch akute Problemstellungen wie die Berücksichtigung der Wasserbeladung im Wasserstoff.

Software
Regelung
Wirtschaftlichkeit
Wassersimulation
HRS-Modell II

Für die Nutzung der aktuellen Version des Modells wird eine MATLAB-Lizenz inklusive der notwendigen Plug-Ins vorausgesetzt. Wir planen dies zu ändern. Um HRS-Modell einem breiteren Nutzerkreis zugänglich zu machen, planen wir auf eine andere Software zu wechseln, eine direkte Executable-Datei anzubieten und prüfen andere Möglichkeiten.

Sie haben Ideen, Vorschläge oder Anregungen? Zögern Sie nicht uns zu kontaktieren.

In der veröffentlichten, kostenlosen Beta-Version (Release 0.1.0) kann eine Druckrampenrate vorgegeben werden. Diese kann beliebig angepasst werden. Wir arbeiten derzeit daran, dass mit einem der nächsten Patches auch andere Arten der Speicherbefüllung/-entleerung und andere Regelstrategien (Protokolle) für jeden nutzbar sind.

Um neben der energetischen Effizienz auch die Wirtschaftlichkeit von Design und Betrieb einer Anlage bewerten zu können, planen wir das Modell entsprechend zu erweitern. Erste Vorarbeiten hierzu sind bereits gemacht. Zum derzeitigen Zeitpunkt können wir jedoch noch keinen genauen Zeitpunkt nennen wann diese Funktion im Tool integriert wird.

Eines der akutesten Probleme beim Betrieb von Wasserstoff-Tankstellen und -Füllanlagen ist die Beladung des Wasserstoffs mit Wasser. Praxiserfahrungen zeigen, dass standardisierte Grenzwerte häufig überschritten werden. Um das Auftreten und Verhalten von Wasser besser beschreiben zu können und hieraus Betriebsstrategien und Informationen für Anlagenbetreiber und Komponentenhersteller abzuleiten, erweitern wir HRS-Modell um die Möglichkeit die Wasserfracht mit zu simulieren.

Als Folgeprojekt zu “HRS-Modell” (Vorhaben-Nr. 21801 N) haben wir das Projekt “HRS-Modell II” auf den Weg gebracht. In diesem Projekt möchten wir uns den Themenkomplexen Wasserfracht und Optimierung von Anlagendesign und -betrieb intensiver widmen. Gutachterlich wurde unser Projektantrag befürwortet, sodass wir derzeit auf eine Bewilligung warten.

Sie haben Interesse an diesem Projekt? Im Rahmen des projektbegleitenden Ausschuss haben Sie die Möglichkeit mitzuwirken. Hier erfahren Sie mehr.

Sie möchten mehr über HRS-Modell erfahren oder mit uns zusammenarbeiten?

Für mehr Informationen kontaktieren Sie uns direkt über das Kontaktformular.