Inteligentna regulacja ogniw paliwowych

Ogniwa paliwowe przekształcają energię chemiczną magazynowaną w paliwach bogatych w wodór w energię elektryczną, którą można wykorzystywać w stacjonarnych systemach zasilania i urządzeniach przenośnych. Produkcja wodoru może odbywać się drogą elektrolizy wody z użyciem energii odnawialnej.

Nie zaskakuje zatem fakt, że ogniwa paliwowe z membraną do wymiany protonów (PEM) stanowią jedno z najczystszych alternatywnych źródeł energii. Jednak aby zwiększyć ich konkurencyjność, należy znaleźć rozwiązanie dla kilku trudności technicznych. Celem projektu ACOFC (Advanced controllers and observers development for fuel cell based generation systems), finansowanego przez UE, było opracowanie solidnych rozwiązań w zakresie regulacji, które pozwolą uporać się z zakłóceniami wpływającymi na funkcjonowanie systemu.

Ze względu na swoją naturę, ognia paliwowe PEM są podatne na zmiany warunków operacyjnych, takich jak wilgotność względna gazów reagujących i ich temperatury. Zespół ACOFC zademonstrował zastosowanie względem ogniw paliwowych PEM regulacji trybu ślizgowego wyższego rzędu. Podejście to uwzględnia mapowanie matrycy oddziaływania wejściowego systemu do matrycy systemu przekształconego nieodwracalnego.

Jedną z zalet tego podejścia, potwierdzonych w Institut de Robòticai Informàtica Industrial w Barcelonie w Hiszpanii, na stanowisku do prób laboratoryjnych, jest regulacja wilgotności. Ponadto regulacja stechiometrii tlenu musi z powodzeniem optymalizować efektywność konwersji systemu, unikając ewentualnego spadku wydajności i uszkodzeń membran polimerycznych.

Dane eksperymentalne uzyskane w szerokim zakresie warunków operacyjnych także pozostały w zgodzie z wynikami symulacji. Co więcej, zaproponowano kilka rozwiązań dla potrzeb programu pomiarowego w systemach opartych na ogniwach paliwowych. To także jest ważną kwestią w kontekście zastosowań przemysłowych, w których liczy się minimalizacja oprzyrządowania.

Szczegóły konstrukcji regulatora wykorzystującego algorytmy trybu ślizgowego wyższego rzędu opisano w serii publikacji, które ukazały się w wiodących czasopismach naukowych i zostały zaprezentowane podczas konferencji międzynarodowych.