固體氧化物燃料電池和熔融碳酸鹽燃料電池集成系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

理論上固體氧化物燃料電池和熔融碳酸鹽燃料電池的集成系統(tǒng)利用二氧化碳發(fā)電的潛力非常好。然而，這種系統(tǒng)的控制策略需要考慮高效的操作條件。本文提出采用經(jīng)濟(jì)優(yōu)化方法以選擇操縱變量、受控變量和控制配置來對(duì)集成燃料電池系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。優(yōu)化目標(biāo)（成本）為碳稅，以便在發(fā)電和二氧化碳排放之間獲得最佳平衡，約束條件為安全運(yùn)行的條件限制。本研究側(cè)重于自上而下的經(jīng)濟(jì)分析，這是設(shè)計(jì)程序的第一部分。確定三個(gè)主動(dòng)受限區(qū)域作為主要擾動(dòng)的函數(shù)，即燃料和蒸汽供給速率的函數(shù)。每個(gè)區(qū)域代表不同的主動(dòng)約束集。在標(biāo)準(zhǔn)操作條件下，系統(tǒng)在區(qū)域I中運(yùn)行。對(duì)各種干擾造成的損失進(jìn)行評(píng)估表明，在區(qū)域I和區(qū)域II中操作燃料電池系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)相同，但在區(qū)域III中則需要不同的控制結(jié)構(gòu)。

本文研究工作主要為SOFCMCFC集成系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一種基于自頂向下分析的控制結(jié)構(gòu)。這種控制結(jié)構(gòu)的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)最佳的發(fā)電效率，同時(shí)減少二氧化碳排放并保證安全運(yùn)行。通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)工作點(diǎn)位于區(qū)域I，區(qū)域II具有較少的無約束自由度，所以它可以被用作其他區(qū)域控制結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。燃料利用率是影響優(yōu)化目標(biāo)的重要變量，因?yàn)樗趨^(qū)域II和區(qū)域III中是非?；钴S的。然而，它并不能被測量。然而，動(dòng)態(tài)模擬和可控性對(duì)于測試控制結(jié)構(gòu)（自下而上的分析）來說至關(guān)重要，未來的研究工作將主要集中在這方面。