固体氧化物燃料电池的建模与动态仿真

仿真技术是研究固体氧化物燃料电池并加快其商业化开发周期的重要方法之一。基于固体氧化物燃料电池的基本原理,即综合考虑电池内部的质量平衡、能量平衡和电化学反应过程,运用Matlab/Simulink建立了固体氧化物燃料电池的集总模型。运用此模型仿真了当负载发生变化时,电池的温度和输出功率的动态响应情况。并对单电池模型引入了基于电流的控制策略,用以保证在负载发生变化时单电池的安全运行。仿真结果表明此类简单的控制策略并不能保证电池的正常工作温度和良好的负载追随性,因此在商业化开发类似控制系统时,必须对系统加以更为完善的控制。     

燃料电池发电技术介绍

介绍了各种类型燃料电池的工作原理和技术现状,并提出将燃料电池作为固定分布式发电技术的评价标准。指出磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)最有可能作为分布式电源用于区域性供电。     

质子交换膜燃料电池氢气循环过程的稳态模拟与分析

为保证质子交换膜燃料电池在发电和交通领域的稳定高效应用,通常采用阳极氢气循环的方法提高氢气利用率,同时提升燃料电池的性能和寿命。本文以一个氢气循环模式的燃料电池系统为研究对象,对循环泵、阴极外加湿、阳极排气阀等进行了设计,并对氢气循环过程进行了稳态系统建模、计算与分析,研究了氢气循环比、运行温度、运行压力、电流密度对系统水气平衡和电效率的影响。     

ZrO2基固体氧化物燃料电池中电荷输运研究

分析了以甲烷为燃料气体、空气为氧化气体的固体氧化物燃料电池中电子、氧离子在电池的阴极、阳极和电解质中的输运过程以及电子导电型电极有效反应区结构.具体研究了Pt|YSZ|Ag固体氧化物燃料电池(SOFC)的输出功率与电池运行温度的关系并与实验结果进行了对照,探讨了燃料电池中的主要电荷输运过程与电极有效反应区结构的关系以及它们对电池性能的影响因素.研究表明:在固体氧化物燃料电池中,电解质/电极/气体所形成的三相界面的结构、电极本身的导电性能和运行温度都直接影响电池的性能.     

燃料电池在电动汽车中的应用前景

以石油燃料为动力的汽车,其尾气是空气污染的主要来源,以充电电池为动力的电动汽车是解决汽车尾气污染的途径之一.目前,由于充电电池贮能量比内燃机低而使电动汽车数量仍然很少.燃料电池是未来最有希望替代内燃机的汽车动力,它的运行效率高,能够使用甲醇、乙醇、天然气或氢气等非石油基燃料,还可以显著改善排气质量,减少大气污染.可用于电动汽车的燃料电池类型有磷酸型燃料电池、离子交换膜燃料电池和固体氧化物燃料电池.本文对上述燃料电池的原理和性能作了详细介绍,对世界各国的研究开发活动作了介绍.     

固体氧化物燃料电池研究进展

在所有燃料电池中 ,固体氧化物燃料电池工作效率最高 ,对燃料的要求最低。综述了固体氧化物燃料电池在国内外的研究进展 ,详细阐述了电解质材料 ,阳极材料 ,阴极材料以及连接材料的研究进展。提出了今后的工作重点 ,中温固体氧化物燃料电池是今后的发展方向     

CH_4-O_2固体氧化物燃料电池化学反应研究

研究了以甲烷为燃料气体、空气为氧化气体的固体氧化物燃料电池中的主要化学反应。同时研究了固体氧化物燃料电池电极结构、三相界面（电解质／电极／气体）结构和运行环境以及它们对电池主要化学反应的影响。并通过研究Ｐｔ｜ＹＳＺ｜Ａｇ固体氧化物燃料电池的开路电压与甲烷流量的关系,探讨燃料电池中的主要化学反应过程对电池性能的影响。研究表明,增加电极的孔隙率,可以增加三相界面的面积,从而增加有效反应区域,有利于电池反应。提高运行温度和阴极室氧的浓度,可以提高甲烷的利用率和电池的性能。     

流型对固体氧化物燃料电池性能的影响

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一个伴随流动、传热和电化学反应的复杂系统,它的性能在很大程度上取决于电池的系统结构.基于容阻特性建模和分布集总参数方法,在已建立的一维内重整固体氧化物燃料电池数学模型的基础上,分别建立了顺流型和逆流型固体氧化物燃料电池的仿真模型,并比较和分析了燃料电池的稳态分布特性和动态特性.仿真结果表明顺流型固体氧化物燃料电池能更好地满足动力系统性能和安全方面的需求.     

固体氧化物燃料电池电流收集端子的结构设计

固体氧化物燃料电池通常在700～800℃高温封闭状态下工作,其电流收集端子在高温下很容易发生氧化失效。介绍了固体氧化物燃料电池的工作原理和结构,设计了固体氧化物燃料电池电流收集端子的结构,将易导电的紫铜棒套穿在不锈钢无缝管内,然后与固体氧化物燃料电池电流收集端板进行无缝焊接。采用所设计的电流收集端子结构,改善了固体氧化物燃料电池电极的导电状态,并降低了内阻。     

煤基近零排放系统中固体氧化物燃料电池本体的模拟研究

煤基近零排放(zero-emission coal,ZEC)系统采用固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)进行清洁高效发电。以西门子发电集团研发的100 kW热电联产(combined heat and power,CHP)管式固体氧化物燃料电池堆为对象,采用ASPEN流程模拟软件借助FORTRAN编程搭建了SOFC本体模型,并依据文献报道的实际运行数据,对模型进行验证分析。结果表明,该SOFC模型具有良好的可靠性,可以用于后续ZEC系统的集成研究。同时该文就不同运行条件对SOFC工作性能的影响进行了分析,发现维持电池功率恒定,电池效率在燃料利用系数为0.8左右达到峰值;在其他条件不变时,增加电流密度会使燃料电池电压下降,燃料消耗量增加,电池效率降低,电池功率在电流密度约为3 500 mA时达到峰值;随着汽碳摩尔比的增加,乏燃料循环流率增加,初级重整炉出入口温度增加,甲烷转化率上升。     

分布式发电中燃料电池的建模与控制

合适的燃料电池(fuel cell,FC)动态模型对分布式发电技术的研究起着很重要的作用。提出了非线性质子交换膜燃料电池和固体氧化物燃料电池的动态模型,该模型考虑了燃料利用率的影响和各种反应物随时间变化的压力。并在该模型的基础上,应用电池效率和发电经济性分析得出了燃料利用率一般控制在0.7~0.9范围内比较好。详细阐述了FC在并网运行时的控制策略,以及在含FC发电系统的潮流计算中,将FC的并网节点当作PV节点来处理。     

高温燃料电池发电技术分析

熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)和固体氧化物燃料电池(SOFC)均可被固定电站应用.对SOFC以及MCFC的发展状况进行了论述,分析了SOFC的发展方向和存在的问题,以及MCFC的材料工艺、发展现状和存在的问题,并从制造成本、电池堆容量、材料体系、商业化示范等方面对2种高温燃-料电池进行了比较分析.分析得出,适合我国绿色煤电计划的高温燃料电池发展技术路线是优先发展MCFC技术,利用国内外积累的MCFC研究成果,尽快实现MCFC的大型化与产业化.     

固体氧化物燃料电池的效率分析

固体氧化物燃料电池(SOFC)具有很高的理论能量转换效率,但是目前报道的实际SOFC单体性能远不能达到理论转换效率。从热力学理论及实验数据出发解释了SOFC单体性能远不能达到理论效率的原因,针对电压效率、电流效率和燃料利用率分别提出了相应的改进方法,为SOFC的进一步发展提供理论依据。其中温度对电压效率、电流效率和燃料利用率有重要的影响,提高温度可以提高这三者的值,但是提高温度将降低SOFC的热力学理论效率。     

Comprehensive summary of solid oxide fuel cell control: a state-of-the-art review

A thermoelectric generation (TEG) system has the weakness of relatively low thermoelectric conversion efficiency caused by heterogeneous temperature distribution (HgTD). Dynamic reconfiguration is an effective technique to improve its overall energy efficiency under HgTD. Nevertheless, numerous combinations of electrical switches make dynamic reconfiguration a complex combinatorial optimization problem. This paper aims to design a novel adaptive coordinated seeker (ACS) based on an optimal configuration strategy for large-scale TEG systems with series–parallel connected modules under HgTDs. To properly balance global exploration and local exploitation, ACS is based on ‘divide-and-conquer’ parallel computing, which synthetically coordinates the local searching capability of tabu search (TS) and the global searching capability of a pelican optimization algorithm (POA) during iterations. In addition, an equivalent re-optimization strategy for a reconfiguration solution obtained by meta-heuristic algorithms (MhAs) is proposed to reduce redundant switching actions caused by the randomness of MhAs. Two case studies are carried out to assess the feasibility and superiority of ACS in comparison with the artificial bee colony algorithm, ant colony optimization, genetic algorithm, particle swarm optimization, simulated annealing algorithm, TS, and POA. Simulation results indicate that ACS can realize fast and stable dynamic reconfiguration of a TEG system under HgTDs. In addition, RTLAB platform-based hardware-in-the-loop experiments are carried out to further validate the hardware implementation feasibility.     

Design of a 2-DOF-PID controller using an improved sine–cosine algorithm for load frequency control of a three-area system with nonlinearities

This paper proposes an improved sine–cosine algorithm (ISCA) based 2-DOF-PID controller for load frequency control. A three-area test system is built for study, while some physical constraints (nonlinearities) are considered for the investigation of a realistic power system. The proposed method is used as the parameter optimizer of the LFC controller in different scenarios. The 2-DOF-PID controllers are used because of their capability of fast disturbance rejection without significant increase of overshoot in set-point tracking. The 2-DOF-PID controllers’ efficacy is observed by examining the responses with the outcomes obtained with PID and FOPID controllers. The simulation results with the suggested scheme are correlated with some of the existing algorithms, such as SCA, SSA, ALO, and PSO in three different scenarios, i.e., a disturbance in two areas, in three areas, and in the presence of physical constraints. In addition, the study is extended to a four-area power system. Statistical analysis is performed using the Wilcoxon Sign Rank Test (WSRT) on 20 independent runs. This confirms the supremacy of the proposed method.     

二甲醚在燃料电池中的应用现状

分别从直接二甲醚(DME)燃料电池(DDFC)、以DME为燃料的固体氧化物燃料电池(SOFC)和DME重整制氢用于燃料电池等研究方向,介绍了DME在燃料电池中的应用现状.     

管型固体氧化物燃料电池技术进展

叙述了以阴极、阳极、电解质、多孔陶瓷为支撑体的各类管型固体氧化物燃料电池(SOFC)的研发现状;介绍了西门子-西屋动力公司发展管型SOFC热电联供和联合循环发电技术的进展.发展以管型SOFC为主体的联合循环发电-热电联供的洁净能源供应系统,可提高以煤、天然气等燃料的发电效率,形成用户端的直接电、热、冷联供网络.     

热喷涂制备固体氧化物燃料电池的研究现状

介绍了固体氧化物燃料电池(SOFC)的工作原理和各组成元件的性能要求及其制备工艺,分析了SOFC发展过程中存在的主要问题,着重论述了基于热喷涂技术制备SOFC的国内外研究现状,以及电池结构对其输出性能的影响。     

固体氧化物燃料电池阳极材料的研究进展

固体氧化物燃料电池(SOFC)因具有能量转换率高,燃料适应性强,环境友好和操作方便等优点,受到了人们的普遍关注,但是SOFC的广泛应用还有待于其关键材料的进一步发展.介绍了SOFC对阳极材料的基本要求,对阳极材料研究进展进行评述.重点对各种阳极材料(金属、YSZ金属陶瓷、Cu基金属陶瓷、Ce基氧化物以及钙钛矿氧化物等)性能方面的优缺点进行比较,并着重介绍了钙钛矿阳极材料f铬酸镧基氧化物)的进展情况.对改进阳极材料性能的各种措施进行了归纳和总结.