家用燃料電池?zé)犭娐?lián)供系統(tǒng)的建模與仿真.pdf

1、小型燃料電池?zé)犭娐?lián)供設(shè)備作為一種同時(shí)滿足熱與電的切實(shí)可行的選擇，近年來在國(guó)內(nèi)外引起了人們極大的關(guān)注。與傳統(tǒng)的燃燒型熱電聯(lián)供設(shè)備相比，基于燃料電池的熱電聯(lián)供系統(tǒng)由于具有較高的綜合效率、良好的部分負(fù)荷特性以及零污染等優(yōu)勢(shì)，在許多國(guó)家得到了大力推廣。若將燃料電池?zé)犭娐?lián)供設(shè)備與市政燃?xì)庵卣髀?lián)合設(shè)計(jì)并安裝在家中，將顯著減少能量運(yùn)輸過程中的損失。因此，將燃料電池?zé)犭娐?lián)供技術(shù)服務(wù)于家庭用戶，有利于節(jié)能減排，具有一定的研究?jī)r(jià)值。
　　本文主要研

2、究了含天然氣重整器的燃料電池系統(tǒng)的建模、性能分析，以及燃料電池?zé)犭娐?lián)供系統(tǒng)的運(yùn)行控制等問題，主要工作及結(jié)論如下:
　　(1)結(jié)合已有文獻(xiàn)搭建了天然氣制氫系統(tǒng)的模型。制氫系統(tǒng)主要由燃燒爐、水蒸氣重整反應(yīng)器、高溫水汽變換反應(yīng)器、低溫水汽變換反應(yīng)器、選擇性催化氧化反應(yīng)器、高效換熱器等設(shè)備組成。燃燒器回收燃料電池出口的氫氣尾氣用于為重整反應(yīng)提供熱量，從而提高了制氫系統(tǒng)的效率。在模型的基礎(chǔ)上，分析了水碳比對(duì)系統(tǒng)性能的影響，得到最大效率下的水

3、碳比;然后分析了燃燒室尾氣溫度對(duì)系統(tǒng)性能的影響。最后與已有文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示仿真結(jié)果與文獻(xiàn)中的結(jié)果相符合，為熱電聯(lián)供系統(tǒng)的仿真及性能分析奠定了基礎(chǔ)。
　　(2)構(gòu)建了質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。燃料電池模型包含發(fā)電系統(tǒng)模型以及熱模型。其中發(fā)電系統(tǒng)模型包含電壓功率子系統(tǒng)、氫氣供應(yīng)子系統(tǒng)、氧氣供應(yīng)子系統(tǒng)等模型。同時(shí)根據(jù)燃料電池系統(tǒng)的熱模型，計(jì)算了冷卻水回收的熱量。最后，將天然氣制氫系統(tǒng)模型與燃料電池系統(tǒng)模型結(jié)合，模擬

4、了以天然氣為原料的燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行情況，分析了不同操作參數(shù)以及操作條件下的系統(tǒng)性能。
　　(3)對(duì)燃料電池進(jìn)行熱管理并設(shè)計(jì)了熱電聯(lián)供系統(tǒng)運(yùn)行方案。基于前文所建的燃料電池系統(tǒng)模型，搭建了燃料電池溫度控制系統(tǒng)的模型，通過采用PID控制器控制電堆內(nèi)冷卻水的流量實(shí)現(xiàn)了電堆的溫度控制;然后確定了熱量回收與存儲(chǔ)的方案并搭建了輔助熱水器的模型。最后，根據(jù)用戶側(cè)需求，提出了一種以熱量為核心的熱電聯(lián)供系統(tǒng)運(yùn)行方案。該方案以用戶熱水溫度為監(jiān)測(cè)對(duì)象，