Застосування прогнозного керування до обертання змінної апертури сонячного реактора

Abstract

UK: У статті показано, що коливання температур усередині сонячного реактора суттєво заважає встановленню та підтриманню стабільного та ефективного процесу його роботи. Існуючі на сьогоднішній день технології не дають можливість стабільно підтримувати високу температуру в сонячних реакторах. Застосування механізму змінної апертури може усунути цей недолік. На сонячному імітаторі потужністю 7 кВт апробовано розроблену та запропоновану програму, що керує змінною апертурою залежно від сили потоку сонячного імітатору. Встановлено, що температура газу в реакторі підвищується з ростом сили потоку сонячного імітатора за нелінійною залежністю. Разом з тим виявлено, що вона також зростає зі збільшенням діаметру відкриття апертури. При цьому час до встановлення квазі-постійної температури, в основному, залежить від діаметра відкриття апертури та коливається від 5 до 7 годин. Для встановлення квазі-постійної температури запропонований механізм керування обчислює необхідний діаметр відкриття апертури на кожному рівні вхідного теплового потоку. Таким чином, незалежно від сили потоку сонячного імітатора можна досягти стабільного за температурою стану реактора, керуючи діаметром відкриття апертури. Це свідчить, що запропонований алгоритм обертання змінної апертури сонячного реактора можна рекомендувати для подальших розробок програм управління з прогнозуючими моделями. EN: The production of clean energy is a topical issue nowadays. The utilization of renewable energy sources, including solar, in the national economy gives an opportunity to partially solve the problem of environmental pollution, reduce dependence on price growth and the exhaustion of traditional energy sources. In addition, a large number of types of industry use thermochemical processes during theirs operation. Thus, for these reasons a lot of attention is paid to the implementation of the solar reactors, which have stable efficiency regardless of the weather conditions. The research shows that obtaining and maintaining a quasi-constant high temperature inside the solar reactor is a challenge. This is because the incident solar radiation can fluctuate depending on the position of the sun and weather conditions and significantly hinder stable and efficient operation of the solar reactor. To eliminate this flaw and to increase the efficiency of the reactor one can utilize variable aperture and model predictive control. The developed program controls the aperture size depending on the changes in the solar flux. The proposed program has been tested on the solar simulator capacity of 7 kW. It was found that the temperature inside the reactor rises with increasing force flux solar simulator with the nonlinear dependence. Another temperature rising factor is an enlargement of the aperture diameter. The experiments showed that the time to maintain a quasi-constant temperature also depends on the size of the aperture. In order to maintain a quasi-constant temperature level for each of the input flows, proposed control mechanism calculates the required diameter of the aperture opening. To achieve rapid rotation developed program calculates the closest way both clockwise and counterclockwise. This algorithm provides calculation steps needed to be sent to the stepper motor controller. Change of desired diameter triggers next calculations. Therefore, regardless of the power flow of the solar simulator one can achieve steady state temperature of the reactor by controlling the opening diameter of the aperture. This indicates that the rotation algorithm of the variable aperture of the solar reactor can be recommended for the further software model predictive control development. RU: В статье показано, что колебание температур внутри солнечного реактора существенно мешает установлению и поддержанию стабильного и эффективного процесса его работы. Существующие на сегодняшний день технологии не дают возможности стабильно поддерживать высокую температуру в солнечных реакторах. Применение механизма переменной апертуры может устранить этот недостаток. На солнечном имитаторе мощностью 7 кВт апробирована разработанная и предложенная программа, которая управляет переменной апертурой в зависимости от силы потока солнечного имитатора. Установлено, что температура газа в реакторе повышается с ростом силы потока солнечного имитатора нелинейно. Вместе с тем выявлено, что она также растет с увеличением диаметра открытия апертуры. При этом время до установления квази-постоянной температуры, в основном, зависит от диаметра открытия апертуры и колеблется от 5 до 7 часов. Для установления квази-постоянной температуры вычисляется необходимый диаметр открытия апертуры на каждом уровне входного теплового потока. Таким образом, независимо от силы потока солнечного имитатора, управляя диаметром открытия апертуры, можно достичь стабильного температурного режима состояния реактора. Это свидетельствует, что предложенный алгоритм вращения переменной апертуры солнечного реактора можно рекомендовать для дальнейших разработок программ управления с прогнозирующими моделями.