REPOZITORIJ > REZULTATI

Povzetek

Navkljub številnim okoljevarstvenim prednostim in visokem izkoristku trdno-oksidne gorivne celice (SOFC) še ne dosegajo polnega tržnega potenciala. Trenutno so raziskave usmerjene v podaljšanje življenjske dobe naprave. Med drugim lahko višjo vzdržljivost in zanesljivost gorivnih celic zagotovimo z razvojem diagnostičnih algoritmov ter algoritmov za vodenje in spremljanje stanja.
Delo naslavlja sintezo integriranega vodenja SOFC sistema, v okviru katerega je zagotavljanje daljše življenjske dobe direktno vključeno v strategijo vodenja. Prav ta novost loči predlagan pristop v primerjavi z običajnimi. Pri tem sistem vodenja poleg klasičnih veličin, kot so pretoki in temperature, vključuje še stanje SOFC sklada. Implementacija integriranega sistema vodenja zahteva razvoj nabora konceptualno različnih, vendar medsebojno povezanih modulov.
Vodenje sistema je realizirano na dveh nivojih. Nižji nivo vodenja sestavljajo klasične regulacijske zanke, ki skrbijo, da sistem deluje v ustrezni delovni točki, medtem ko nadzorni regulator (SC) definira prav to delovno točko. Nadzorni regulator je formuliran v obliki nelinearnega programa, ki minimizira kriterijsko funkcijo, sestavljeno iz dveh nasprotujočih zahtev: (i.) čim počasnejša degradacija SOFC sklada ter (ii.) čim višji izkoristek sistema.
Medtem ko je izkoristek sistema moč zlahka izračunati, pa moramo za oceno hitrosti degradacije uporabiti strukturo Kalmanovih filtrov (KF). Najprej s pomočjo nepristranskega Kalmanovega filtra (UKF) in modela SOFC sklada izračunamo značilko, ki opisuje stanje sklada (SoH). V našem primeru je to specifična upornost gorivnih celic (ASR). V naslednjem koraku iz pol-preteklih podatkov identificiramo model, ki opisuje časovni potek omenjene upornosti ASR. Ta model lahko nato s pridom uporabimo za napovedovanje preostale življenjske dobe naprave (RUL). Glavna prednost razvitega pristopa je zanesljiva ocena SoH ter napoved RUL navkljub spremenljivim delovnim pogojem.
Senzorji so bistvenega pomena pri vodenju in spremljanju stanja katerekoli naprave. Namestitev nekaterih senzorjev na komercialni napravi lahko hitro postane nepraktična oziroma draga. Zatorej bomo v okviru dela predstavili tudi pristop za razvoj mehkih senzorjev. Predstavili bomo dva takšna senzorja, s katerima je moč oceniti temperaturne gradiente znotraj SOFC sklada, kot tudi sestavo plinov na različnih lokacijah v sistemu.
Oba mehka senzorja, kot tudi algoritem za ocenjevanje SoH in napovedovanje RUL, so eksperimentalno preizkušeni na 10 kW SOFC sistemu. Integrirani sistem vodenja pa je v celoti validiran le na modelu omenjenega 10 kW sistema. Simulacijski rezultati kažejo, da je z implementacijo razvitega integriranega sistema vodenja moč zmanjšati hitrost degradacije sklada, s tem pa povečati življenjsko dobo sistema. Rezultati kažejo, da lahko dobo podaljšamo na račun zmanjšanja izkoristka.
Celotni sistem vodenja z integriranimi mehkimi senzorji in ocenjevalcem SoH smo implementirali na standardni industrijski opremi. Vsi algoritmi so bili ustrezno nastavljeni in uporabljeni med delovanjem sistema. Zaradi slabega stanja sistema v delu obravnavamo le preliminarno analizo rezultatov.