ČERNÝ, F. Model palivového článku v prostředí PSCAD [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. 2024.
Student František Černý zpracoval bakalářskou práci s tématem matematického modelu palivových článků (FC). Principem zadání bylo vytvořen 3 základní typy FC – AFC, PEM a SOFC v prostředí PSCAD. Pro verifikaci modelů bylo přistoupeno k měření v laboratoři ÚEEN. Je pravdou, že v zadání práce jsou body, které student splnil, vytvořil modely, ověřil v laboratoři, ale celkové propojení systému elektrolyzér – kompresor – palivový článek, chybí. Jedná se tedy o separátní řešení, které je ještě omezené na v podstatě vykreslení VA charakteristik. Co považuji za vážný nedostatek práce je vlastní popis modelů. Moc netušíme, jaké konstanty byly zvoleny, kromě výchozích. Po formální stránce není práce na dobré úrovni. Popisu obrázků jsou nad obrázky, na straně 14 je odlétlá citace. Ale není dostatečně popsána celková "kuchařka" (readme) k SW modulu. To právě činí zhoršenou orientaci se v SW vyznat. Student chodil na konzultace, ale vlastní sepsání práce bylo na poslední chvíli, což kvalitu dále práce snižuje. Pokud bude obhajoba práce výborná, nebráním se zlepšenému hodnocení. Práci doporučuji k obhajobě a hodnotím E (58) . Otázky: 1. Dokáže model pracovat v režimu elýza-kompresor-pal. článek? 2. Kolik dokáže tento systém vyrobit vodíku za cca 1 hodinu provozu a jaká je energetická bilance systému (vstup elektřina/výstup elektřina) ?
Cílem bakalářské práce mělo být vytvoření modelů několika druhů palivových článků v simulačním prostředí PSCAD a jejich ověření na základě realizovaných laboratorních experimentů, případně na základě již existujících výsledků. Řešení práce je realizováno v rámci šesti kapitol (bez uvažování Úvodu a Závěru). Konkrétně v kapitole 2 jsou uvedeny zcela základní informace o obecném principu palivového článku a informace o možném členění jednotlivých palivových článků, které poukazují na existenci druhů PEMFC, DMFC, AFC, BFC, PAFC, MCFC, SOFC, ZAFC. Vyjmenované druhy palivových článků jsou v kapitola 3 následně blíže představeny. Jejich bližší představení ovšem je obsahově pojato jako zcela základní představení, když je uveden pouze jejich princip, základní uplatňované chemické reakce či jsou pojmenovány jejich výhody a nevýhody. Předpokládám, že informace uvedené v kapitole 2 a 3 měly vést k naplnění zejména bodu 1 zadání práce, který byl zaměřen na vypracování rešerše reálných palivových článků a elektrolyzérů. V souvislosti s tímto postrádám zejména uvedení informací o reálných palivových článcích ve smyslu, provedení i rešerše palivových článků, které jsou již implementovány v rámci praktických aplikacích (např. charakteristiku technologie jako celku a účel jejího využití v praxi, dále také specifikace technických parametrů technologie aj.) Obdobnou výtku lze uplatnit i pro elektrolyzéry. Přestože to není plně odpovídající, tak za dílčí vypořádání těchto výtek lze případně považovat část práce, která se zabývá simulací vybraných palivových článků, a právě jejich komparací s reálnými (neprůmyslovými) palivovými články. Dalším cílem/bodem 2 zadání bakalářské práce byla realizace experimentální modelu v prostředí PSCAD, zadání pak konkrétně zmiňuje provedení modelů základního AFC (PEMFC) článku. Vnímám, že právě kapitola 4 a 5 by měly obsahově vést k deklaraci naplnění tohoto bodu zadání. Jak je později komentováno v tomto posudku, tak svým způsobem má dojít nakonec i k naplnění bodu 3 zadání, tj. vytvořit i model SOFC. V rámci kapitoly 4, přesněji podkapitole 4.1, jsou uvedeny základní rovnice pro určení napětí palivového článku. Dále v podkapitole 4.2 je blíže představen teoretický model palivového článku, konkrétně jsou v části 4.2.1 zavedeny (v odrážkách) vstupní předpoklady/zjednodušení, v části 4.2.2 je uvedeno šest rovnic charakterizující zjednodušený model palivového článku, v části 4.2.3 jsou uvedeny další rovnice pro případný rozšířený model palivového článku vč. zohlednění parciálních tlaků aj., v části 4.2.4 je uvedeno pět rovnic popisující možné zjednodušené modelové provedení elektrolyzéru, potažmo v části 4.2.5 je představen početní aparát pro stanovení účinnosti a kompresních ztrát při stlačování vodíku. Úplně neumím hodnotit přínosnost a relevanci uváděných podrobnějších přístupů, když jich v praktických částech následně využito nebylo. Případně bych očekával alespoň kritickou diskusi studenta, jaké například chyby či odchylky lze, v případě využití zjednodušených přístupů, dosahovat v porovnání „přesnějšími“ či podrobnějšími přístupy. V kapitole 5 pak dochází k představení vytvořených modelů palivového článku a elektrolyzéru v simulačním prostředí PSCAD, přesněji řešeno k představení jednotlivých subsystémů/bloků těchto technologií. V jedné z elektronických příloh práce je pak i zdrojový PSCAD soubor s vytvořenými modely. Stran obsahového pojetí kapitoly 5 vnímám tuto jako méně přínosnou, pakliže ilustrace provedení jednotlivých subsystémů pouze supluje rovnice zjednodušených modelů v částech 4.2.2 a 4.2.4, případně redundantně supluje model v elektronické příloze práce. V samotném hlavním textu práce obecně postrádám odkazování se na vytvořené přílohy, což by se zejména v této části bylo vhodné realizovat. Zejména je zvláštní, že při tvorbě hlavního textu práce u studenta nevznikla potřeba do příloh odkázat a tím vlastně i vhodně doplnit poskytované informace. Vzhledem k tomu, že pro tvorbu modelů bylo využito jejich zjednodušeného pojetí, nepředpokládám, že těžiště časové náročnosti řešení práce by spočívalo právě ve tvorbě samotných modelů. Pokud jsem správně pochopil koncept a návaznost jednotlivých kapitol, tak kapitola 4 představila použité rovnice, kapitola 5 představilo implementaci těchto rovnic do PSCAD a kapitola 6 se posléze zabývá dodatečnou parametrizací vstupních informací do těchto modelů a jejich porovnání s reálnými/laboratorními modely, případně v porovnání s daty uváděnými v referencích. Kapitola 6 se tedy zabývá simulací jednotlivých palivových článků (PEMFC, AFC a SOFC). Myslím, že bylo možné zvolit více uceleného konceptu členění kapitol práce, plynoucího například z jejich možného sloučení. V případě PEMFC a AFC palivových článků či elektrolyzéru, které byly měřeny i laboratorně na fyzických zařízeních, tak se dá říci, že je určitým technickým standardem, aby provedení realizovaných experimentů a jejich měření bylo dostatečně popsáno, aby byla zajištěna případná jejich reprodukovatelnosti. V podkapitole 6.3 zabývající simulací SOFC palivového článku je uvedeno, že: „předlohou pro jeho simulaci bylo použito experimentálního modelu dle reference [22]“. V kontextu toho, že byly tvořeny modely palivových článků, tak toto tvrzení, může být mírně zavádějící, že pro tvorbu modelu SOFC byl vytvořen právě model dle [22]. Skutečnost je ovšem taková, že výsledky z [22] posloužily pouze jako reference pro porovnání, tzn. že model SOFC byl totožný s modelem vytvořeným pro PEMFC a AFC (vyjma parametrizace odlišných číselných hodnot stejných vstupních veličin). Co se týče komentářů se zhodnocení výsledků dosahovaných prostřednictvím modelů a experimentálního měření (případně dle referencí), a jejich vzájemnou komparaci, tak tyto považuji svým provedení spíše za elementární. Pokud navíc z hodnocení plyne, že dosahované výsledky nejsou plně ve shodě, tak by se dalo očekávat hledání „nápravných“ či optimalizačních přístupů, tak aby vytvořené modely více korespondovaly s těmi referenčními. Případně by měly být tyto poskytnuty alespoň slovně a v dostatečně podrobném kritickém zhodnocení. Tak, aby i naplnění dalšího bodu zadání 4, který byl zaměřen na provedení validačního měření, či obecně posouzení, bylo naplněno s vyšší důkladností a potřebnou komplexností. Práce se s navrhovaným zjednodušeným řešením dle mého názoru spíše „smiřuje“, když i v závěru práce je např. uvedeno, že: „navržený model je schopný simulovat provozní stavy palivových článků a elektrolyzérů, kdy tyto články a elektrolyzéry pracují v oblasti ohmických ztrát.“ Další připomínky k práci: - práce je psaná v češtině, avšak řada uvedených obrázků je v angličtině. - forma provedených citací v textu, které plně neodpovídají, na ně kladeným, požadavkům. Stejně tak je možné indikovat, že některé části textu by měly být formálně pravděpodobně citovány (pouze jako příklad např. umístění citace [5] na str. 14, popisná část v podkapitole 3.8, nebo rovnice 4.1-4.5 a celá řada dalších částí práce). V seznamu referencí by taktéž měl být formálně zařazen i samotný sw nástroj PSCAD v rámci kterého byly modely tvořeny. - titulky obrázků (Obr. 4-1, Obr. 5-1 – Obr. 5-8) jsou chybně uvedeny/umístěny nad obrázky. - duplicita označení podkapitoly 5.1 (viz str. 31 a str. 33). - další gramatické (např. chybně „na prázdno“ a typografické nedostatky [např. nezarovnání textu „do bloku“, sestupné odkazování se v textu na obrázky (např. na str. 31 je uvedeno: “Obrázek 5.3, Obrázek 5.2, Obrázek 5.1 “, některé obrázky překonávají definované okraje strany), resp. obecně i méně zvládnutá práce s předepsanou šablonou pro vypracování závěrečných prací. - v některých rovnicích je pro označení součinu využito nevhodně znaku *. - práce uvažuje přílohy, konkrétně přílohy, které jsou přímou součástí hlavního dokumentu bakalářské práce a dále pak elektronické přílohy, z nichž jedna z nich obsahuje zdrojový PSCAD soubor s vytvořenými modely. Na přílohy v textu ale odkazováno není. - obecně využít lepší sémantiku vět aj. Přestože předložená bakalářská práce sleduje jednotlivé body jejího zadání, tak na obsahové vypořádání těchto bodů a očekávaných cílů vnímám jako slabší, a to právě z důvodu jejich obsahové neúplnosti a nedostatečnosti (viz výše komentáře v posudku). Předloženou bakalářskou práci hodnotím 50 b. Práci doporučuji k obhajobě, avšak doporučuji, že je velmi žádoucí, aby v rámci obhajoby bakalářské práce student poskytl potřebné doplnění výše komentovaných neúplností a nedostatečností (viz také otázka 2 tohoto posudku).
eVSKP id 155592