Control Predictivo Basado en Modelos de un Reactor Termoquímico Híbrido Solar para la Gasificación de Biomasa a Alta Temperatura con Vapor
Autores: Karout, Youssef; Curcio, Axel; Eynard, Julien; Thil, Stéphane; Rodat, Sylvain; Abanades, Stéphane; Vuillerme, Valéry; Grieu, Stéphane
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Control Predictivo Basado en Modelos de un Reactor Termoquímico Híbrido Solar para la Gasificación de Biomasa a Alta Temperatura con Vapor
Categoría
Ciencias Medioambientales
Subcategoría
Desarrollo sostenible
Palabras clave
Reactor termocatalítico híbrido solar
Gas de síntesis
Caja de herramientas Cantera
Controlador predictivo basado en modelos
Irradiancia normal directa
Error cuadrático medio
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 28
Citaciones: Sin citaciones
El presente documento trata tanto sobre el modelado como sobre el control dinámico de un reactor termocatalítico híbrido solar diseñado para producir gas de síntesis a través de la gasificación de biomasa con vapor a alta temperatura. Primero, se presenta un modelo del reactor basado en el equilibrio termodinámico. Se utiliza la caja de herramientas Cantera. Luego, se propone un controlador predictivo basado en modelo (MPC) con el objetivo de mantener la temperatura del reactor en su valor nominal, preservando así la estabilidad del reactor. Esto se completa ajustando el factor de desfocalización de los espejos o quemando una parte de la biomasa para compensar las variaciones de la irradiancia normal directa (DNI) durante todo el día. Este controlador se compara con un controlador de referencia, que se define como una combinación de un controlador basado en reglas y un controlador proporcional-integral-derivativo (PID) adaptativo con ganancias optimizadas. También se estudia la robustez del controlador MPC ante errores de pronóstico probando diferentes pronósticos de DNI: pronósticos perfectos, pronósticos de persistencia inteligente y pronósticos basados en imágenes. Debido a un alto tiempo de optimización, la función Cantera se reemplaza por una función de interpolación 2D. Los resultados muestran que (1) el controlador MPC desarrollado supera al controlador de referencia, (2) la integración de pronósticos de DNI basados en imágenes produce valores de error cuadrático medio (RMSE) más bajos, y (3) el tiempo de optimización se reduce significativamente gracias a la función de interpolación propuesta.
Descripción
El presente documento trata tanto sobre el modelado como sobre el control dinámico de un reactor termocatalítico híbrido solar diseñado para producir gas de síntesis a través de la gasificación de biomasa con vapor a alta temperatura. Primero, se presenta un modelo del reactor basado en el equilibrio termodinámico. Se utiliza la caja de herramientas Cantera. Luego, se propone un controlador predictivo basado en modelo (MPC) con el objetivo de mantener la temperatura del reactor en su valor nominal, preservando así la estabilidad del reactor. Esto se completa ajustando el factor de desfocalización de los espejos o quemando una parte de la biomasa para compensar las variaciones de la irradiancia normal directa (DNI) durante todo el día. Este controlador se compara con un controlador de referencia, que se define como una combinación de un controlador basado en reglas y un controlador proporcional-integral-derivativo (PID) adaptativo con ganancias optimizadas. También se estudia la robustez del controlador MPC ante errores de pronóstico probando diferentes pronósticos de DNI: pronósticos perfectos, pronósticos de persistencia inteligente y pronósticos basados en imágenes. Debido a un alto tiempo de optimización, la función Cantera se reemplaza por una función de interpolación 2D. Los resultados muestran que (1) el controlador MPC desarrollado supera al controlador de referencia, (2) la integración de pronósticos de DNI basados en imágenes produce valores de error cuadrático medio (RMSE) más bajos, y (3) el tiempo de optimización se reduce significativamente gracias a la función de interpolación propuesta.