Kirjallisuusselvitys virran laadun vaikutuksista elektrolyysereihin ja polttokennoihin sekä ohjelmoitavan DC-teholähteen suunnittelu, toteutus ja testaus
Järvinen, Lauri (2019)
Kandidaatintyö
2019
School of Energy Systems, Sähkötekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019032810364
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019032810364
Tiivistelmä
Työn kirjallisuusosan tavoitteena on selvittää virran laadun vaikutuksia elektrolyysereihin ja polttokennoihin käyttämällä Watson Discovery työkalua, jolla analysoitiin 746 veden elektrolyysiä käsittelevää artikkelia. Watson opetettiin käyttäen analysoitavaa materiaalia, jonka jälkeen siltä oli mahdollista saada vastauksia aiheeseen liittyviin kysymyksiin. Opetuksen jälkeen Watson kykeni löytämään vastauksia kysyttyihin kysymyksiin elektrolyysiin liittyvistä aiheista. Muutamat termit kuten PEMFC ja PEM menivät kuitenkin välillä sekaisin, joka niiden samankaltaisuuden takia on ymmärrettävää. Watsonilla tehdyn analysoinnin perusteella voidaan todeta, että tämän hetkinen tutkimus painottuu suurimmaksi osakseen polttokennoihin.
Empiirisessä työssä toteutettiin mittaussysteemi, jota voitiin käyttää virran laadun vaikutusten testaamiseen. Systeemissä käytettiin myRIO alustaa, jolle koodattiin ohjelma erilaisten aaltomuotojen (sini, kantti, tyristori) ohjaussignaalien tuottamiseksi. MyRIOlla tuotettu ohjaussignaali syötetään valittuun laboratorioteholähteeseen, jolloin se saadaan tuottamaan halutunlaista aaltomuotoa. Mittaussysteemi testattiin emuloidun elektrolyyserin kanssa toimivuuden varmistamiseksi.
Sorensen laboratorioteholähde ei kyennyt seuraamaan aaltomuotoa, jonka taajuus oli yli 10 Hz vaan tuotetun aallon aaltomuoto ja huippujännite muuttuivat varsinkin kanttiaallon tapauksessa merkittävästi. Delta Elektronika laboratorioteholähteen havaittiin toisaalta kykenevän useiden tuhansien hertsien taajuuksiin ilman jännitteen alenemista, se aiheutti kuitenkin ylitystä ja korkeataajuista värähtelyä ohjaussignaaliin, jotka heikentäisivät lopullisesta järjestelmästä saatavien mittaustulosten tarkkuutta. MyRIO:n ja teholähteen väliin päätettiin laittaa vahvistin, jolloin virrantuottokykyä saatiin kasvatettua. Tämä poisti ylityksen kokonaan ja vähensi aallossa havaittavaa värähtelyä huomattavasti. Virranlaadun mittaussysteemi todettiin toimivaksi ja se toteutti kaikki sille annetut vaatimukset.
Empiirisessä työssä toteutettiin mittaussysteemi, jota voitiin käyttää virran laadun vaikutusten testaamiseen. Systeemissä käytettiin myRIO alustaa, jolle koodattiin ohjelma erilaisten aaltomuotojen (sini, kantti, tyristori) ohjaussignaalien tuottamiseksi. MyRIOlla tuotettu ohjaussignaali syötetään valittuun laboratorioteholähteeseen, jolloin se saadaan tuottamaan halutunlaista aaltomuotoa. Mittaussysteemi testattiin emuloidun elektrolyyserin kanssa toimivuuden varmistamiseksi.
Sorensen laboratorioteholähde ei kyennyt seuraamaan aaltomuotoa, jonka taajuus oli yli 10 Hz vaan tuotetun aallon aaltomuoto ja huippujännite muuttuivat varsinkin kanttiaallon tapauksessa merkittävästi. Delta Elektronika laboratorioteholähteen havaittiin toisaalta kykenevän useiden tuhansien hertsien taajuuksiin ilman jännitteen alenemista, se aiheutti kuitenkin ylitystä ja korkeataajuista värähtelyä ohjaussignaaliin, jotka heikentäisivät lopullisesta järjestelmästä saatavien mittaustulosten tarkkuutta. MyRIO:n ja teholähteen väliin päätettiin laittaa vahvistin, jolloin virrantuottokykyä saatiin kasvatettua. Tämä poisti ylityksen kokonaan ja vähensi aallossa havaittavaa värähtelyä huomattavasti. Virranlaadun mittaussysteemi todettiin toimivaksi ja se toteutti kaikki sille annetut vaatimukset.