固体氧化物燃料电池和熔融碳酸盐燃料电池集成系统的控制结构设计研究

理论上固体氧化物燃料电池和熔融碳酸盐燃料电池的集成系统利用二氧化碳发电的潜力非常好。然而，这种系统的控制策略需要考虑高效的操作条件。本文提出采用经济优化方法以选择操纵变量、受控变量和控制配置来对集成燃料电池系统的控制结构进行设计。优化目标（成本）为碳税，以便在发电和二氧化碳排放之间获得最佳平衡，约束条件为安全运行的条件限制。本研究侧重于自上而下的经济分析，这是设计程序的第一部分。确定三个主动受限区域作为主要扰动的函数，即燃料和蒸汽供给速率的函数。每个区域代表不同的主动约束集。在标准操作条件下，系统在区域I中运行。对各种干扰造成的损失进行评估表明，在区域I和区域II中操作燃料电池系统的控制结构相同，但在区域III中则需要不同的控制结构。

本文研究工作主要为SOFCMCFC集成系统设计了一种基于自顶向下分析的控制结构。这种控制结构的目标是实现最佳的发电效率，同时减少二氧化碳排放并保证安全运行。通过相关实验发现，标准工作点位于区域I，区域II具有较少的无约束自由度，所以它可以被用作其他区域控制结构的基础。燃料利用率是影响优化目标的重要变量，因为它在区域II和区域III中是非常活跃的。然而，它并不能被测量。然而，动态模拟和可控性对于测试控制结构（自下而上的分析）来说至关重要，未来的研究工作将主要集中在这方面。