Desenvolvimento de modelo elétrico e termodinâmico para célula a combustível a óxido sólido tubular no software PSCAD

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Guaitolini, Stefani Vanussi Melo
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal do Espírito Santo; BR; Doutorado em Engenharia Elétrica; Centro Tecnológico; UFES; Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
• Palavras-chave em Português: Célula a combustível a óxido sólido; Análise termodinâmica; Análise dos parâmetros elétricos; PSCAD; Solid oxide fuel cells; Mathematical modelling; Thermodynamic analysis; Analysis of electrical parameters; subject.br-rjbn; Engenharia Elétrica
• Link de acesso: http://repositorio.ufes.br/handle/10/13470

As células a combustível são dispositivos geradores de energia elétrica que operam de maneira independente em relação ao clima e são capazes de operarem isoladas, independentes das concessionárias de energia elétrica. As células a combustível à óxido sólido (SOFC) são alimentadas com gás natural, geram energia elétrica estacionária, são sistemas complexos compostos por diferentes subsistemas que interagem entre si resultando, simultaneamente, em uma resposta térmica e elétrica. O desenvolvimento de um modelo elétrico e termoquímico que possibilita a simulação e previsão da operação da célula a combustível de óxido sólido permite estudos e investigações sem a necessidade da realização de vários experimentos que poderiam levar a célula a um esgotamento desnecessário. Na literatura foram encontrados modelos para as SOFCs mas nenhum deles possibilitou a integração do estudo termodinâmico ao estudo elétrico, então foi desenvolvido um modelo termoquímico e elétrico no software PSCAD que uniu os eventos termodinâmicos que acontecem na SOFC, por meio das características dos gases de entrada, e as informações de saída sobre os parâmetros elétricos da célula. O modelo desenvolvido torna possível encontrar pontos de operação de maior eficiência da célula aumentando a potência gerada sem a necessidade de aumentar o combustível na entrada. Foi demonstrado que com ajustes dos parâmetros de entrada da célula de 238,42kW, cujo desempenho foi analisado, houve um aumento de 5kW na potência gerada para uma mesma vazão de combustível. O modelo desenvolvido também possibilita a realização de estudos com variação de carga, podendo desta maneira serem monitoradas as informações internas da célula como temperatura e pressão, além das respostas elétricas como tensão, potência, corrente e eficiência. Por meio do estudo da variação da carga, foi observado que o percentual de redução da carga, 28,2%, é maior do que o de aumento da carga, 12,3%. Este tipo de análise é importante para manter a estabilidade de funcionamento da célula e também permite o desenvolvimento de estruturas de controle para variação da carga de maneira a não ultrapassar os limites de funcionamento estável da célula a combustível.