固體氧化物燃料電池和熔融碳酸鹽燃料電池集成系統的控制結構設計研究

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利用二氧化碳發電的潛力非常好。然而，這種系統的控制策略需要考慮高效的操作條件。本文提出采用經濟優化方法以選擇操縱變量、受控變量和控制配置來對集成燃料電池系統的控制結構進行設計。優化目標（成本）為碳稅，以便在發電和二氧化碳排放之間獲得最佳平衡，約束條件為安全運行的條件限制。本研究側重于自上而下的經濟分析，這是設計程序的第一部分。確定三個主動受限區域作為主要擾動的函數，即燃料和蒸汽供給速率的函數。每個區域代表不同的主動約束集。在標準操作條件下，系統在區域I中運行。對各種干擾造成的損失進行評估表明，在區域I和區域II中操作燃料電池系統的控制結構相同，但在區域III中則需要不同的控制結構。

本文研究工作主要為SOFCMCFC集成系統設計了一種基于自頂向下分析的控制結構。這種控制結構的目標是實現最佳的發電效率，同時減少二氧化碳排放并保證安全運行。通過相關實驗發現，標準工作點位于區域I，區域II具有較少的無約束自由度，所以它可以被用作其他區域控制結構的基礎。燃料利用率是影響優化目標的重要變量，因為它在區域II和區域III中是非常活躍的。然而，它并不能被測量。然而，動態模擬和可控性對于測試控制結構（自下而上的分析）來說至關重要，未來的研究工作將主要集中在這方面。