| Titre : | Modélisation et Commande des Piles à Combustible |
| Type de document : | Monographie imprimée |
| Editeur : | Université mouhamed khider -biskra, 2021 |
| Langues: | Français |
| Mots-clés: | La pile à combustible SOFC, La modélisation des systèmes non linéaires, Le modèle flous TS, La commande prédictive. |
| Résumé : |
La pile à combustible à oxyde solide (SOFC) est largement utilisée pour la production
d'électricité. Le problème principal dans le SOFC réside dans la difficulté de contrôler la tension de sortie de la pile, en raison de la forte non-linéarité du système, des changements rapides de charge et du débit de carburant limité. L'objectif de la commande du système SOFC est de maintenir la tension de sortie à un niveau constant et le taux d'utilisation du combustible dans un intervalle de sécurité. Dans ce contexte, un modèle dynamique flou discret de type Takagi Sugeno (TS) multi-entrées multisorties (MIMO) est développé dans ce travail pour décrire les propriétés dynamiques de la tension non linéaire et le taux d'utilisation du combustible du système SOFC de géométrie tubulaire. Ce modèle flou développé sera utilisé pour l'application de la commande prédictive floue avec contraintes. Les résultats de simulation fournies montrent l'exactitude et l'efficacité de la stratégie proposée. |
| Sommaire : |
INTRODUCTION GÉNÉRALE ………………………………….…………………………………………….. 1
CHAPITRE 1 LES PILES À COMBUSTIBLE 1.1. Introduction ………………………………………………………………………………………………………........…………5 1.2. Historique ……………………………………………………………………………………………………………………….. 5 1.3. Généralités sur les piles à combustible……………………………………………...........................................……6 1.3.1. Définition…………………………………………………………………………………………………………..……6 1.3.2. Structure générale…………………………………………………………………….…………………………..…6 1.3.2.1. Les électrodes……………………………………………………………….……………………..……7 1.3.2.2. L’électrolyte………………………………………………………………………………………...……8 1.3.2.3. Les plaques bipolaires……………………………………………………..……………..…………9 1.3.2.4. Les couches de diffusion………………………………………………………………………..…9 1.3.3. Principe de fonctionnement…………………………………………………………………………..……...10 1.3.4. Les différents types de piles à combustible…………………………………………………….……11 1.3.4.1. La pile alcaline ……………………………………………….................…….........................…….12 1.3.4.2. La pile à carbonate fondu………….....………………………...…………….........……....….. 12 1.3.4.3. La pile à oxyde solide……………………………………………………………..………………13 1.3.4.4. La pile à acide phosphorique…………………………………………………….……………13 1.3.4.5. La pile à membrane échangeuse de protons……….........……….......….....………… 14 1.3.4.6. La pile à méthanol direct…………………………………………………………………...……14 1.3.4.7. Synthèse………………………………………………………………………………………………….14 1.3.5. Applications des piles à combustible…………………………………………………………………....15 1.3.5.1. Applications stationnaires………………………………………………..……………………..16 1.3.5.2. Applications transport……………………………………………………………………………17 1.3.5.3. Applications portables……………………………………………………………………………18 1.3.6. Avantages et inconvénients des piles à combustible……………………………………………19 1.4. Obtention de l’hydrogène………………………………………………………………………………………………...21 v 1.4.1. Reformage des carburants fossiles……………………………………………………………………..…21 1.4.1.1. Le vaporeformage……………………………………………………………………………...……22 1.4.1.2. L’oxydation partielle………………………………………………………………………………22 1.4.1.3. Le reformage autothermique……………………………………………………………..……23 1.4.2. L’électrolyse de l’eau………………………………………………………………………………………...…23 1.4.3. Nucléaire………………………………………………………………………………………………………………23 1.5. Stockage de l’hydrogène…………………………………………………………………………………………………23 1.5.1. Stockage sous forme comprimé……………………………………………………………………………24 1.5.2. Stockage sous forme liquéfié…………………………………………………………………………..……24 1.5.3. Bor-hydrure de sodium ……………….…………..............………………………..………………………… 25 1.5.4. Hydrures métalliques……………………………………………………………………………………………25 1.6. Conclusion……………………………………………………………………………………………………………………….26 CHAPITRE 2 DÉVELOPPEMENT DE PILES À COMBUSTIBLE DE TYPE SOFC 2.1. Introduction…………….........................................................................................................................………………………27 2.2. Raisons du choix.................................................................................................................................................................... 27 2.3. Les différentes configurations des SOFC............................................................................................................ 28 2.3.1. Configuration tubulaire..................................................................................................................................... 28 2.3.2. Configuration planaire....................................................................................................................................... 30 2.3.3. Configuration monolithique........................................................................................................................... 32 2.4. Développement du modèle dynamique d’un stack SOFC....................................................................... 33 2.4.1. Performances idéales d’une cellule SOFC.......................................................................................... 35 2.4.1.1. Energie libre de Gibbs ................................................................................................................... 35 2.4.1.2. Equation de Nernst............................................................................................................................ 37 2.4.1.3. Les débits molaires............................................................................................................................ 38 2.4.1.4. Les pressions partielles ................................................................................................................. 39 2.4.2. Performances réelles d’une cellule SOFC .......................................................................................... 44 2.4.2.1. Les pertes ohmiques.......................................................................................................................... 45 2.4.2.2. Les pertes d’activation..................................................................................................................... 45 2.4.2.3. Les pertes de concentration.......................................................................................................... 46 2.4.3. Expression de la tension de sortie de la pile à combustible................................................... 47 2.5. Système de commande d’une pile à combustible type SOFC.............................................................. 48 vi 2.5.1. Le rapport entre les débits des réactants............................................................................................... 48 2.5.2. La relation entre le débit d’hydrogène et le courant de la pile ........................................... 48 2.5.3. Le courant de la pile............................................................................................................................................. 49 2.6. Validation du modèle ........................................................................................................................................................... 50 2.6.1. Paramètres du modèle......................................................................................................................................... 51 2.6.2. Résultats de simulation...................................................................................................................................... 51 2.7. Conclusion................................................................................................................................................................................... 57 CHAPITRE 3 MODÉLISATION FLOUE DE LA PILE À COMBUSTIBLE SOFC 3.1. Introduction.............................................................................................................................................................................. 58 3.2. Introduction à la modélisation floue..........................................................................................................................58 3.3. Structure générale des modèles flous........................................................................................................................60 3.4. Modèles flous de type Takagi-Sugeno................................................................................................................... 63 3.5. Modèles flous des systèmes dynamiques............................................................................................................. 67 3.5.1. Structures générales des modèles............................................................................................................... 67 3.5.2. Modèles flous de Takagi-Sugeno des systèmes dynamiques................................................ 70 3.5.3. Modèles flous de Takagi-Sugeno des systèmes MIMO............................................................ 71 3.6. Identification des modèles flous.................................................................................................................................. 73 3.6.1. Structure du modèle flou.................................................................................................................................. 73 3.6.2. Le problème d’identification et ses solutions................................................................................... 74 3.6.3. Identification des paramètres des conséquents................................................................................ 77 3.6.3.1. Identification locale et globale................................................................................................ 77 3.6.3.2. Identification des modèles flous MIMO de Takagi-Sugeno............................. 80 3.6.4. Validation numérique du modèle flou..................................................................................................... 82 3.7. Modélisation floue de la pile à combustible SOFC...................................................................................... 83 3.8. Conclusion................................................................................................................................................................................... 89 vii CHAPITRE 4 COMMANDE PRÉDICTIVE FLOUE DE LA PILE À COMBUSTIBLE SOFC 4.1. Introduction ................................................................................................................................................................................ 90 4.2. Généralité sur la commande prédictive ................................................................................................................91 4.2.1. Principe de la commande prédictive......................................................................................................... 92 4.2.2. Eléments de la commande prédictive....................................................................................................... 94 4.2.3. Avantages et inconvénients de la commande prédictive........................................................... 95 4.3. Commande prédictive floue sous contraintes avec compensation feedforward...................... 96 4.3.1. Modèle de prédiction ...........................................................................................................................................97 4.3.2. Optimisation sous contraintes ..................................................................................................................101 4.4. Commande prédictive floue de la pile à combustible SOFC.............................................................. 102 4.5. Conclusion..................................................................................................................................................................................106 CONCLUSION GÉNÉRALE ...............................................................................................................................107 BIBLIOGRAPHIE………………..............................................................................................................................................… 109 ANNEXES….........................................................................................................................................................................................119 |
| Type de document : | Thése doctorat |
Disponibilité (1)
| Cote | Support | Localisation | Statut | Emplacement | |
|---|---|---|---|---|---|
| Th/1079 | Thèse de doctorat | BIB.FAC.ST. | Empruntable | Salle de mémoires et de théses |
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