View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

4 Methodik der Modellbildung
Weg wird bei der Bottom-Up-Strategie beschritten: Hierbei werden aus elementaren Teilsystemen
über mehrere Hierarchiestufen hinweg übergeordnete Systeme gebildet. Dieser Vorgang
wird Aggregation genannt.
A
g
g
r
e
9
a
t
Eingang
Gesamtsystem
Ausgang
D
e
k
0
m
p
0
s
o
n
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i
0
n
Bild 4.1: Aggregation und Dekomposition von Systemen (nach [74]).
Die Dekomposition eines komplexen technischen Systems führt in der Modellbildung zu separat
behandelbaren Teilaufgaben. Oft ist es sinnvoll, für jede Teilaufgabe zunächst ein vereinfachtes
Modell und damit eine Reduktion der Komplexität anzustreben. Im Anschluss daran folgt dann
ein Verfeinerungsprozess, bis alle wesentlichen Details berücksichtigt wurden. Modellierung
und Simulation stellen somit iterative Schritte dar, die aus sukzessiver mathematischer Modellbildung
und rechnergestützten Simulationsschritten bestehen. Grundsätzlich ist im Modellierungsprozess
jedoch selbst bei einem hohen Verfeinerungsgrad eine gezielte Vereinfachung
der realen Vorgänge durch Abstraktion unumgänglich.
4.1.2 Strukturierung des Brennstoffzellensystems
Bild 4.2 zeigt auf der Basis eines vereinfachten Prozessfließbildes die Strukturierung einer
Brennstoffzellenanlage nach der Top-Down-Strategie. Wesentliche Grundelemente des Gesamtsystems
sind neben der Brennstoffzelle selbst Reformer, Nachbrenner, Verdampfer, Wärmeübertrager
und Verdichter. Diese können als eigenständige Teilsysteme betrachtet werden,
die dann - wie in Bild 4.2 für den Fall des Reformers gezeigt - in einzelne Untersysteme zerlegt
und anschließend separat modelliert werden. Am Beispiel des Reformers führt dies zu einer
Auftrennung des vollständigen Reformerstapels in einzelne, sich innerhalb der Komponente
wiederholende Grundeinheiten. In der in dieser Anlage verwendeten Ausführung besteht eine
Reformereinheit vereinfacht aus einem Katalysator, der in einen Metallrahmen eingelegt ist und
beidseitig von Brenngas umströmt wird. Zusätzlich stellen zwei äußere von heißem Abgas
überströmte Metallplatten die zur Reformierungsreaktion benötigte Wärmemenge bereit. Gasräume,
Metallwände sowie Katalysator können nach einem weiteren Abstraktionsschritt als
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