利用所建立之動態模型可構成一完整之 SOFC 動態模擬系統，在可變操作 環境下模擬系統及其性能估測能力，如不同燃料入口流率之 I-V curve、負載變 動時之電壓、電流、與溫度之響應情形、並可透過回授方式控制其溫升率。利 用此模型進行動態模擬，可快速進行參數零敏度測試，針對起機程序中熱氣加 熱條件、熱源轉移型式、氣源切換方式、及負載型式等進行模擬，再以選定之 最大溫昇率為設計條件，進行起機模式之操作策略制定。在控制理論部份，本 研究採用滑動模糊控制器，基本模糊控制器於控制規則設計完成來後，控制性 能未必滿足要求，此時就需要做微調的工作，此為基本模糊控制器設計時相當 不便之處。滑動模糊控制器具較簡易之規則庫，這也就是其設計的方便所在。
5.1 模擬結果
圖 5.1 為設定溫升率 =0.1K/sec，溫度變化量 ΔT =15K，之閉迴路 Start-up 控制系統輸出溫度的模擬結果，而溫度變化率可以由 5.2 得知，故電池堆溫度可 被控制依設定之溫升變化曲線變化。
T
set圖 5.3 及圖 5.4 為電流及電流變化量，分別為固定負載電阻(25 ohm)和變動 負載電阻(36~25 ohm)的電流及其變化量比較，有此可見當負載變動時並不會造 成太大的電流變化量。
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 200
300 400 500 600 700 800 900 1000
time (sec)
temperature (K)
Temperature Response
output temperature input temperature
圖 5.1 輸出溫度模擬結果
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
time (sec)
increment rate of temperature (K/sec)
Increment rate of temperature
圖 5.2 溫度變化率模擬結果
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 0
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
time (sec)
current (A)
Response of Current
fixed resistance variable resistance
圖 5.3 電流模擬結果
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
-0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5
3x 10-3
time (sec)
increment rate of current (A/sec)
increment rate of current
fixed resistance variable resistance
圖 5.4 電流變化量模擬結果
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 0
10 20 30 40 50 60 70 80
time (sec)
voltage (volt)
Response of Output Voltage
圖 5.5 輸出電壓
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
0.125 0.13 0.135 0.14 0.145 0.15 0.155
time (sec)
input flow rate (mole/sec)
Flow Rate Response of Input H2
圖 5.6 入口質量流率響應圖
圖 5.5 為輸出電壓，72 cells 的飽和輸出電壓約等於 76 伏特。圖 5.6 為入口 質量流率響應圖，當溫度梯度變大時，質量流率就會升高使電池堆在限定的範 圍內，反之則降低。
經 由 本 模 擬 程 式 可 藉 由 調 整 氣 體 入 口 流 量 與 溫 度 進 行 熱 氣 適 切 增 溫
（heat-up）曲線擬合，並控制負載以得到適當的反應速率，在允許之熱應力下 逐漸增溫，在穩定且安全的狀態下操作 SOFC 之啟動程序，以維持正常運轉壽 命
5.2 起機模式探討
使用普通空氣來加熱陰極，使用稀釋氣體來加熱陽極，稀釋氣體成分為 95%
氮氣+5%氫氣+水蒸氣，以 PC-Based 控制器控制尾氣續燃氣的加熱裝置，直接 以入口燃料氣體加熱電池堆本體，入口溫度控制為電池堆溫度加上 15K，流量 則由控制器控制，從室溫加熱至 800℃ SOFC 的起機模式制定與控制，整個起機 過程分為 3 個階段：
第一階段：從室溫開始加熱至 640℃
第二階段：當溫度大於 600℃之後，繼續加熱，同時調整陽極入口燃料，將陽極 側的稀釋氣體轉為 100%H2，並以每 3 分鐘調整 5 安培為原則的方 式調整外部負載電阻，使電組從 36 ohm 調整到 25 ohm。
第三階段：當溫度達到 800℃，入口溫度以 800℃定值輸入，等待電壓穩定。
第六章 結論
Start-up 程序為 SOFC 操作之重要一環。其起機策略的步驟準確性悠關整體 系統性能之動態表現，本研究藉由滑動模糊控制理論控制陰陽極入口流量，並 考慮到負載變化的影響，發展出能大幅縮短 start-up 時間之起機模式策略，並可 應用於各種系統。對於後續進行整體系統效能分析，以瞭解尾氣續燃與回收之 實際效益；對於電力調節（power conditioning ）與系統監控、供電路網並聯或 與其他再生能源發電系統並聯運轉整體操作性能分析、最佳系統效率分析、在 APU（auxiliary power unit）及 residential 應用之運轉監控、或與 gas turbine 進行 hybrid generation 等、亦可應用於結合太陽能與風力等再生能源，以建構完整之 替代能源應用整合。
後續可進行擴充至整體發電系統，以瞭解尾氣續燃與回收之實際效益，針 對國內 SOFC 發展需求，本模型可提供進行 10kW 住宅用尾氣續燃式熱電共生系 統運轉模擬與 10kW 住宅用燃料回收式熱電共生系統運轉模擬；另對於電力調節
（power conditioning ）與系統監控皆亦可連貫使用，後續之供電路網並聯或 與其他再生能源發電系統並聯運轉，皆為可行之開發流程。對於後續 SOFC 操作 應用上，可依其負載特性，推導其在最大電能效率下之負載追蹤策略，並兼顧 其安全與穩定性。
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