Pan Viklický zpracoval svoji bakalářskou práci na téma rozšířeného modelu palivového článku v prostředí PSCAD. Práce je členěna do sedmi kapitol a všechny body zadání byly splněny.

Teoretická část (kapitoly 1 až 4) popisuje stavbu a typy palivových článků (PEMFC, AEMFC, AFC) a elektrolyzérů, příslušné Nernstovy rovnice, stávající model VUT a zejména teoretický základ Kimova empirického modelu pro palivový článek a Ullebergova modelu pro elektrolyzér, včetně teplotní bilance a účinnosti. Část je věcně správná, slušně odcitovaná na primární zdroje a vhodně cílená k vlastní implementaci.

Těžiště práce tvoří kapitoly 5 a 6. Student v PSCADu sestavil dva univerzální modely – palivového článku (Kimovy rovnice s aktivačním, ohmickým i koncentračním členem, teplotní model, účinnost, podpora typů PEMFC/AEMFC/AFC) a elektrolyzéru (navíc produkce vodíku dle Faradayova zákona), oba s přehlednou parametrizací, dialogovým oknem pro volbu typu a možností dynamické změny zátěže za běhu simulace. Volbu Kimova modelu, který na rozdíl od Ullebergova zachycuje i koncentrační ztráty, považuji za správné a dobře zdůvodněné rozhodnutí; v jeho rámci je rovněž korektní pojetí veličiny E0 jako zdánlivého napětí naprázdno identifikovaného z měření.

Nicméně, vztah 4.11 označuje za elektrickou účinnost, což není pravda. Je to účinnost vztažená k entalpii reakce – tedy „palivová" / celková termodynamická účinnost přeměny chemické energie paliva na elektřinu. Z principu věci, nemůže palivový článek mít větší účiinost než 83 %, protože ΔG/ΔH ≈ 1,23/1,48 ≈ 83 %. Takže U_cell/E_tn se dá vyjádřit také jako součin termodynamického stropu a napěťové účinnosti. Předtím píše, že místo termoneutrálního napětí, uvádí termonukleární, což opravdu není to stejné.

Dále mám problém s tím, že vyvíjené teplo v článku má jednotku W, přičemž spíše myslí tepelný výkon/tok. Stejný problém je i v denní i hodinové produkce vodíku m_H2_den a m_H2_hod, která je také mylná. Jedná se o aktuální produkci vodíku, nikoliv integrální přírůstky v čase.









Oceňuji ověření modelu na reálném laboratorním vzorku H-TEC F110. Koeficienty byly identifikovány metodou nejmenších čtverců, napětí naprázdno modelu (7,33 V) odpovídá měření (7,61 V) a ve střední ohmické oblasti je shoda nejlepší; celková odchylka činí přibližně 3–4 % jmenovitého napětí stacku. Student korektně rozebírá i mez modelu při vysokých proudech, kde Kimův koncentrační člen v daném rozsahu proudových hustot ještě nevytváří charakteristické koleno. Oceňuji sebekritickou a fyzikálně podloženou interpretaci výsledků.

Po formální stránce je práce na dobré úrovni (sazba v LaTeXu, přehledná schémata a grafy). Jako drobnosti ruší ponechané označení „semestrální práce" v citaci a prohlášení a údaj v abstraktu, že model palivového článku vychází z Ullebergova modelu, ačkoli je postaven na modelu Kimově.

Práci doporučuji k obhajobě a hodnotím stupněm C – 70 bodů. Points proposed by supervisor: 70

Předložená bakalářská práce se zabývá vytvořením rozšířeného modelu palivového článku a elektrolyzéru v prostředí PSCAD. Práce formálně pokrývá hlavní body zadání a obsahuje rešeršní část, popis zvolených modelů, jejich implementaci i základní ukázky simulací. Student vytvořil model palivového článku i elektrolyzéru, doplnil je o teplotní model, výpočet elektrické účinnosti a v případě elektrolyzéru také o výpočet produkce vodíku.
Za klad práce považuji samotnou implementaci modelů v prostředí PSCAD a snahu vytvořit přehlednější parametrické rozhraní doplněné o stručnou uživatelskou příručku. Z hlediska technického zpracování je zřejmé, že autor věnoval práci odpovídající úsilí a že výsledkem je funkční demonstrační model schopný základních simulací. Přínos práce však spatřuji především v implementační rovině, nikoli v rovině výraznějšího metodického nebo analytického přínosu.
Z pohledu použitých rovnic je práce v zásadě vystavěna přijatelně. Pro model palivového článku je použit Kimův empirický model zahrnující ohmické, aktivační i koncentrační ztráty, pro elektrolyzér Ullenbergův model doplněný o teplotní bilanci a výpočet produkce vodíku. Samotná struktura rovnic proto nepůsobí matematicky chybně a jako zjednodušený empirický popis je v základním smyslu akceptovatelná.
Hlavní nedostatek práce spatřuji v omezené fyzikální přesvědčivosti výsledného modelu palivového článku a v nedostatečně přesvědčivé validaci vůči reálnému laboratornímu vzorku. V kapitole 6 je provedeno porovnání simulace s měřenými daty stacku H‑TEC F110, přičemž autor uvádí průměrnou odchylku přibližně 98 mV ve střední části polarizační charakteristiky a při vyšších proudech nárůst odchylky až téměř na 680 mV při proudu 260 mA. Takto výrazná chyba podle mého názoru nepředstavuje pouze běžnou nepřesnost zjednodušeného modelu, ale podstatné omezení jeho použitelnosti.
Za problematické považuji i to, že práce navzdory uvedeným odchylkám dochází k závěru, že model je dostatečně ověřen pro systémové simulace. Tento závěr považuji za příliš benevolentní, protože model v oblasti vyšších proudů nedokáže věrohodně vystihnout průběh polarizační charakteristiky a nezachycuje odpovídajícím způsobem vliv koncentračních ztrát. Pokud model vykazuje výrazné odchylky v podstatné části pracovního rozsahu, je nutné jeho použitelnost hodnotit podstatně obezřetněji.
Další slabinu spatřuji ve fyzikální interpretaci některých parametrů modelu. V teoretické části je E0 zavedeno jako standardní napětí článku, avšak při identifikaci parametrů pro H‑TEC F110 je tato hodnota fixována na 0,7605 V podle napětí naprázdno měřeného článku. Takový postup lze v empirickém modelu přijmout jako kalibrační aproximaci, avšak práce tuto změnu významu parametru dostatečně nekomentuje, a tím oslabuje fyzikální interpretaci výsledného modelu.
Práce místy vykazuje rozdíl mezi formálně správně zavedenými vztahy a jejich odbornou interpretací. Tento problém se projevuje nejen u parametru E0, ale obecně i v tom, že mezi empirickou parametrizací a fyzikálním významem použitých veličin není vždy vedena dostatečně jasná hranice. Výsledkem je text, který působí po stránce odborné argumentace méně přesvědčivě, než by odpovídalo rozsahu provedené implementace.
Model elektrolyzéru hodnotím příznivěji, protože jeho zpracování je konzistentnější a v rámci cílů práce působí uceleněji. Ani zde však nejde o výraznější vlastní metodický přínos a těžiště práce zůstává převážně v implementaci známých vztahů do prostředí PSCAD. Odbornou úroveň práce proto považuji spíše za průměrnou až podprůměrnou.
Formální stránka práce je přijatelná, jazyková a stylistická úroveň textu je však pouze průměrná. V práci se objevují méně přesné formulace, terminologické nepřesnosti a místy i slabší fyzikální komentář k použitým veličinám a vztahům. Tyto nedostatky sice zásadně nebrání porozumění textu, ale ve spojení s věcnými výhradami snižují celkovou odbornou přesvědčivost práce.
Celkově práci hodnotím jako funkční implementační výstup, který prokazuje základní schopnost studenta sestavit model v prostředí PSCAD, avšak nikoli jako přesvědčivé odborné řešení daného problému. Zvolený matematický aparát je v základním smyslu přijatelný, avšak validace modelu palivového článku nevyznívá dostatečně přesvědčivě a fyzikální interpretace některých parametrů zůstává neujasněná. Práci doporučuji k obhajobě a navrhuji hodnocení D (63 b.). Topics for thesis defence:

1. V kapitole 6.2 uvádíte, že hodnota E0=0,7605 V byla nastavena podle napětí naprázdno měřeného stacku H‑TEC F110. Jak tuto hodnotu fyzikálně interpretujete a proč ji v této souvislosti označujete jako standardní napětí článku?
2. V kapitole 6.3 uvádíte, že ve střední, převážně ohmické oblasti polarizační charakteristiky je průměrná odchylka modelu přibližně 98 mV, zatímco při proudu 260 mA dosahuje téměř 680 mV. Na základě jakých argumentů považujete model za dostatečně ověřený pro použití v systémových simulacích?
3. Jaké konkrétní úpravy modelu by podle vás bylo vhodné provést, aby lépe vystihoval průběh polarizační charakteristiky v oblasti vyšších proudů, kde se výrazně projevují koncentrační ztráty?

Points proposed by reviewer: 63