Analisi sperimentale e modellazione di un sistema rSOC

The present thesis work focuses on an in-depth exploration of the characteristics of a reversible solid oxide fuel cell (rSOC) through experimental tests. The primary objective is to understand the dynamic behavior of the rSOC at different operating conditions to have a comprehensive overview of its performance. The experimental tests allowed to get and collect data in which different key parameters have been varied such as gas concentrations, total flow rates, and temperature. The experimental analyses provided a detailed report of the responses of the rSOC operating at different operating conditions. Subsequently, to deepen understanding and facilitate performance calculations at various operating conditions and modes, a mathematical model has been developed using the MATLAB programming language. This model replicates the behaviour of the rSOC, whose reliability has been tested using the experimental data. The numerical simulations allowed to obtain data of the fuel cell operation without performing further tests, thus providing a valuable tool for system design and optimization. The results obtained from experimental analyses and numerical simulations contribute to a thorough understanding of the rSOC operation, laying the basis for the development of advanced strategies for the control and optimization of this device. This analysis represents a significant step towards the practical and sustainable implementation of rSOCs in different energy applications.

Il presente lavoro di tesi si basa sullo studio delle caratteristiche di una cella a combustibile a ossidi solidi reversibile (rSOC) attraverso prove sperimentali. L'obiettivo principale è stato quello di comprendere il comportamento dinamico della rSOC durante varie condizioni di funzionamento operative. L'approccio sperimentale coinvolge la raccolta di dati attraverso una serie di test che variano parametri chiave quali concentrazioni dei gas, portate totali e temperatura. Le analisi sperimentali forniscono un resoconto dettagliato delle risposte della rSOFC sotto differenti condizioni operative. Successivamente, per una comprensione più approfondita e per facilitare il calcolo delle prestazioni in diverse modalità di funzionamento, si è sviluppato un modello matematico mediante il linguaggio di programmazione MATLAB. Questo modello replica il comportamento della rSOC che è stato validato utilizzando dati sperimentali per verificarne l’affidabilità. La simulazione numerica consente la visualizzazione del funzionamento della cella a combustibile senza l’ausilio di ulteriori prove sperimentali, fornendo un valido strumento per la progettazione e l'ottimizzazione del sistema. I risultati ottenuti dalle analisi sperimentali e dalla simulazione numerica contribuiscono alla comprensione approfondita del funzionamento della rSOC, fornendo le basi per lo sviluppo di strategie avanzate per il controllo e l'ottimizzazione di questo dispositivo. Questa analisi costituisce un passo significativo verso l'implementazione pratica e sostenibile delle celle a combustibile a ossidi solidi reversibili da applicare in diverse applicazioni energetiche.