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)運而生。在國內(nèi)外學(xué)者的不懈努力下，已探索出以燃?xì)廨啓C、內(nèi)燃機、高溫燃料電池等多種能量設(shè)備為原動機的總能系統(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、無污染且余熱利用價值大的特點，使人們普遍認(rèn)識到其作為分布式總能系統(tǒng)原動機的優(yōu)越性。因此，開展基于SOFC的分布式總能系統(tǒng)的研究對于緩解能源和環(huán)

2、境問題具有重要意義。
　　 本文的內(nèi)容主要分為三個部分。首先，介紹了燃料電池的基本概念、原理和特點，其中重點介紹了作為總能系統(tǒng)原動機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。通過與西門子西屋公司100kW的SOFC試驗電站的運行數(shù)據(jù)進行對比,驗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1000℃時，SOFC相對于普通熱機已沒有明顯優(yōu)勢。SOFC的性能隨壓力升高而改善，但也對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，是因為功率受到電流和電壓兩方面影響的結(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的高溫排氣進入燃?xì)廨啓C(GT)膨脹做功組成SOFC/GT聯(lián)合循環(huán)或是驅(qū)動吸收式制冷機，以利用余熱。本文則在以上能量梯級利用

4、的基礎(chǔ)上，用SOFC/GT聯(lián)合循環(huán)的排氣驅(qū)動對熱源要求較低的單效溴化鋰吸收式制冷機，從而實現(xiàn)了能量的三級利用。
　　 第三部分建立了新型總能系統(tǒng)中壓氣機、透平、制冷機等部件的數(shù)學(xué)模型。通過計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、壓氣機壓比、燃料利用率和過量空氣系數(shù)對系統(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，壓氣機耗功增多，電池功率下降，制冷量