Auswirkungen von Redundanzanforderungen auf den Entwurf von Brennstoffzellen-Systemen in Verkehrsflugzeugen

Abstract

Die weltweiten Bestrebungen zum Erreichen von Klimaneutralität erfordern eine erhebliche Reduktion der Treibhausgasemissionen unter anderem im Luftverkehr, die mit der stetigen Verbesserung konventioneller Technologien nicht zu erreichen ist. Eine derzeit viel diskutierte Lösung sind elektrische Systeme und Antriebe in Kombination mit Brennstoffzellen, die auf Basis von grünem Wasserstoff betrieben werden können. Um unterschiedliche Konzepte umfangreich miteinander vergleichen zu können, ist eine Einbindung von Sicherheitsanforderungen bereits im frühen Entwurfsstadium notwendig. Daher werden im Rahmen dieser Arbeit Methoden der Zuverlässigkeits- und Sicherheitsanalyse im Hinblick auf Brennstoffzellensysteme diskutiert und auf dieser Grundlage die Auswirkung von Redundanzanforderungen auf Systemebene untersucht. Dazu wird ein Modell eines luftfahrttauglichen Brennstoffzellensystems erstellt, das für die quasi-stationäre Simulation einer generischen Flugmission genutzt wird. Die Komponenten des zentral-monolithischen Brennstoffzellensystems werden für den Antrieb eines Regionalflugzeugs ausgelegt. Durch die Systemsimulation werden verschiedene Ausfallszenarien analysiert und Mitigationstrategien abgeleitet. Abschließend wird der Ausgangsentwurf für ein generisches Szenario an Redundanzanforderungen verbessert und beide Entwürfe hinsichtlich der Systemeffizienz und des Systemgewichts gegenübergestellt.