农业无氧消化装置的多阶段模型预测控制,基质特征不确定
Simon Hellmann1, Julius Frontzek2, David M Zarate3
1DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum, Torgauer Str. 116, 04347 Leipzig, Germany; Chemnitz University of Technology, Chair of Automatic Control and System Dynamics, Reichenhainer Str. 70, 09126 Chemnitz, Germany.
Bioresource technology
|November 8, 2025
概括
本研究介绍了一种多阶段的非线性模型预测控制器 (NMPC),以优化无氧消化 (AD) 工厂的运行. 尽管基质条件不确定,NMPC提高了沼气生产的灵活性和利能力.
科学领域:
- 生物技术和生物工程 生物技术和生物工程
- 过程控制和自动化过程控制和自动化
- 可持续能源系统 可持续能源系统
背景情况:
- 无氧消化 (AD) 工厂可以通过按需生产或升级沼气来增加收入.
- 最佳的工艺条件至关重要,但由于实体设施的基质表征不确定性,这是具有挑战性的.
研究的目的:
- 设计和评估一个多阶段的非线性模型预测控制器 (NMPC) 以优化AD植物的基板养.
- 为了应对提高生物气生产的不确定的基质表征所带来的挑战.
主要方法:
- 开发一个多阶段非线性模型预测控制器 (NMPC).
- 对NMPC进行基于模拟的评估,以优化不确定性下的基板养策略.
- 测试控制器在需求时提供沼气和跟踪甲生产设置点的能力.
主要成果:
- 多个阶段的NMPC可以根据需求产生生物气体,用于灵活的热电联产装置运行,在气体储存中保持20%的安全率.
- 控制器在12小时内成功跟踪了生物气升级的改变甲生产设定值.
- 从高度不确定的基质料中产生的干扰被有效地拒绝.
结论:
- 基于模型的控制策略,特别是多阶段的NMPC,可以显著提高AD植物的潜力.
- 在不需要硬件修改的情况下,NMPC促进了以需求为导向的运行和有利可图的沼气生产,尽管基板的不确定性很大.
- 这种方法促进了更可持续和经济可行的沼气生产.
