von solar-thermochemischen Reaktoren

Vortrag von Prof. J. Petrasch, Departement of Mechanical & Aerospace Engineering, University of Florida, am 21. Sept. 2009

In solar-thermochemischen Prozessen werden endotherme chemische Reaktionen mit Hilfe von konzentrierter Solarstrahlung betrieben. Diese Prozesse zeichnen sich durch starke zeitliche Variationen der Energiezufuhr aus, sie sind also (im Gegensatz zu konventionellen chemischen Prozessen) inhärent transient. Ihr dynamisches Verhalten zu verstehen und zu regeln ist daher für den sicheren und effizienten Betrieb besonders wichtig.Im Vortrag wird eine Methodologie zur Herleitung dynamischer Modelle basierend auf instationären Erhaltungsgleichungen umrissen. Diese Methode wird dann auf zwei solar-thermochemische Reaktoren angewandt: 1) einen direkt bestrahlten, kontinuierlichen Reaktor für die Dampfvergasung von Petroleum Koks (Entwicklung: ETH Zürich) und 2) einen indirekt bestrahlten Batch Reaktor für die karbothermische Reduktion von Zinkoxid (Entwicklung: PSI). Die Modellparameter werden durch den Vergleich mit experimentellen Daten identifiziert.Im Anschluss wird ein modellbasierter, linearer LQG/LTR Regler entworfen. Der Regler wird durch eine Steuerung ergänzt, die das Systemverhalten vorwegnimmt und die Reaktionszeit des Reglers verbessert.

Simulationen des geregelten Reaktors zeigen eine Verbesserung der Produktqualität und eine Zunahme des energetischen Wirkungsgrads um 6.2% relativ zum ungeregelten System.

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