基于固體氧化物燃料電池的分布式總能系統(tǒng)的集成與分析.pdf

1、當(dāng)今世界，能源和環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)峻，人們?yōu)榇瞬粩嗵剿髯非蟾咝?、清潔的理想能源，分布式總能系統(tǒng)的概念正是在這種背景下應(yīng)運(yùn)而生。在國(guó)內(nèi)外學(xué)者的不懈努力下，已探索出以燃?xì)廨啓C(jī)、內(nèi)燃機(jī)、高溫燃料電池等多種能量設(shè)備為原動(dòng)機(jī)的總能系統(tǒng)構(gòu)成方式。其中固體氧化物燃料電池(SOFC)作為第三代燃料電池技術(shù)，以其高效、無(wú)污染且余熱利用價(jià)值大的特點(diǎn)，使人們普遍認(rèn)識(shí)到其作為分布式總能系統(tǒng)原動(dòng)機(jī)的優(yōu)越性。因此，開(kāi)展基于SOFC的分布式總能系統(tǒng)的研究對(duì)于緩解能源和環(huán)

2、境問(wèn)題具有重要意義。
　　 本文的內(nèi)容主要分為三個(gè)部分。首先，介紹了燃料電池的基本概念、原理和特點(diǎn)，其中重點(diǎn)介紹了作為總能系統(tǒng)原動(dòng)機(jī)的固體氧化物燃料電池(SOFC)的發(fā)展現(xiàn)狀，并建立了相關(guān)的數(shù)學(xué)模型。通過(guò)與西門(mén)子西屋公司100kW的SOFC試驗(yàn)電站的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了所建模型的有效性。然后具體分析了溫度、壓力、電流密度等參數(shù)對(duì)電池性能的影響。得出的結(jié)論為：溫度的提升有利于SOFC輸出功率的增加，但卻使發(fā)電效率降低，當(dāng)溫度超

3、過(guò)1000℃時(shí)，SOFC相對(duì)于普通熱機(jī)已沒(méi)有明顯優(yōu)勢(shì)。SOFC的性能隨壓力升高而改善，但也對(duì)電池的密封條件提出了更高的要求。電流密度增加后，電池功率先增后減，是因?yàn)楣β适艿诫娏骱碗妷簝煞矫嬗绊懙慕Y(jié)果。
　　 第二部分主要在前人的基礎(chǔ)上建立了新型的SOFC總能系統(tǒng)集成方式。目前，SOFC的集成方式主要是SOFC的高溫排氣進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)(GT)膨脹做功組成SOFC/GT聯(lián)合循環(huán)或是驅(qū)動(dòng)吸收式制冷機(jī)，以利用余熱。本文則在以上能量梯級(jí)利用

4、的基礎(chǔ)上，用SOFC/GT聯(lián)合循環(huán)的排氣驅(qū)動(dòng)對(duì)熱源要求較低的單效溴化鋰吸收式制冷機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)了能量的三級(jí)利用。
　　 第三部分建立了新型總能系統(tǒng)中壓氣機(jī)、透平、制冷機(jī)等部件的數(shù)學(xué)模型。通過(guò)計(jì)算得出了額定工況下的系統(tǒng)參數(shù)，然后以此為基礎(chǔ)，分析了變工況下電流密度、壓氣機(jī)壓比、燃料利用率和過(guò)量空氣系數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。結(jié)果表明，電流密度增加后，發(fā)電效率降低，排氣溫度升高，制冷量增加。隨著壓比的升高，壓氣機(jī)耗功增多，電池功率下降，制冷量