Розробка лабораторної установки для модельно-прогнозного керування підведенням енергії у гібридних PEM–PV системах синтезу зеленого аміаку

Анотація

Стаття присвячена розробленню лабораторної установки для дослідження методів модельно-прогнозного керування підведенням енергії в гібридних енерготехнологічних системах синтезу зеленого аміаку на основі PEM-електролізу та фотоелектричної генерації. Актуальність роботи зумовлена глобальним переходом до вуглецево нейтральної енергетики та зростаючою роллю зеленого водню і аміаку як стратегічних енергоносіїв. На відміну від підходів, орієнтованих на оптимізацію окремих підсистем, у дослідженні реалізовано інтегрований метод керування повним технологічним ланцюгом Power-to-Ammonia із урахуванням динаміки енергетичних потоків, змін погодно-кліматичних умов та коливань тарифів на електроенергію.

Запропонована установка включає гібридну систему енергопостачання (PV, акумуляторна батарея, мережа, гібридний інвертор), PEM-електролізер продуктивністю 300 мл H₂/хв, модуль буферного зберігання та компресії водню, реактор синтезу аміаку за процесом Габера–Боша та автоматизовану систему моніторингу параметрів у реальному часі. На основі зібраних експериментальних даних здійснюється калібрування математичних моделей, перевірка стійкості та точності алгоритмів MPC, а також формування емпіричних залежностей для подальшої оптимізації режимів роботи.

Додатково модельно-прогнозне керування дозволяє враховувати інерційність елементів системи, деградаційні процеси електролізера та нестабільність генерації ВДЕ, що забезпечує гнучку адаптацію режимів синтезу до зовнішніх збурень. Отримані результати підтверджують можливість зменшення питомої енергоємності синтезу, покращення стабільності технологічного процесу та забезпечення надійного енергопостачання за умов варіативної сонячної генерації. Розроблена експериментальна основа є інструментальною платформою для подальших досліджень і масштабування технології до промислового рівня.