熔融碳酸盐燃料电池/燃气轮机混合动力系统启动停机过程特性分析

对增压型熔融碳酸盐燃料电池/微型燃气轮机混合动力系统(molten carbonate fuel cell/micro-gas turbine,MCFC/MGT)在启动停机过程中的运行特性进行分析。为使混合动力系统顺利启动和停机,对启动和停机过程中引起部件破坏的因素进行分析,并提出相应的保护措施。对应用了保护措施后的混合动力系统的启动停机特性进行计算。结果表明,应用所提出的系统启动和停机策略,系统可以有较好的运行特性,同时也发现由于燃料电池自身的特性,这种混合动力系统不适合频繁的启动停机。     

设计工况和非设计工况下MCFC/MGT联合发电系统基于方法的性能分析

熔融碳酸盐燃料电池是未来最具有吸引力的发电方法之一。基于分析的理论,在IPSEpro仿真平台下建立了熔融碳酸盐燃料电池/微型燃气轮机(MCFC/MGT)联合发电系统的稳态性能仿真模型。利用该模型对联合发电系统在额定工况和变工况下的稳态性能进行了仿真研究,分析了系统中各部件的不可逆性和系统的整体性能。仿真结果表明,MCFC/GMT联合发电系统具有较高的效率,且具有良好的变工况特性。     

设计工况和非设计工况下MCFC/MGT联合发电系统基于(火用)方法的性能分析

熔融碳酸盐燃料电池是未来最具有吸引力的发电方法之一.基于(火用)分析的理论,在IPSEpro仿真平台下建立了熔融碳酸盐燃料电池/微型燃气轮机(MCFC/MGT)联合发电系统的稳态性能仿真模型.利用该模型对联合发电系统在额定工况和变工况下的稳态性能进行了仿真研究,分析了系统中各部件的不可逆性和系统的整体性能.仿真结果表明,MCFC/GMT联合发电系统具有较高的效率,且具有良好的变工况特性.     

生物质气燃料电池-燃气轮机混合动力系统仿真和实验研究

以利用生物质气的高温燃料电池-燃气轮机混合动力系统为研究对象,建立了系统的仿真模型,利用模型分析了系统性能以及关键运行参数、合成气成分对系统性能的影响,对系统进行了实验研究。结果表明利用生物质合成气的高温燃料电池-燃气轮机混合动力系统的设计效率可达54.1%。适当提高压比、电堆工作温度将显著提高系统效率,合成气中燃料组分构成对系统性能有很大影响。实验结果验证了所建立的混合动力系统的可行性,燃用燃料电池阳极排气的催化燃烧室具有很高的燃烧效率。这表明生物质气燃料电池-燃气轮机混合动力系统是一种高效可行的生物质能利用方式。     

科技信息

“闸电燃气轮机运行优化及热通道部件状态研究”成果介绍　　上海闸电燃气轮机运行优化及热通道部件状态研究主要在于对大型燃气轮机的系统运行优化和设备寿命状态研究方面开展了相关工作。机组运行优化方面主要进行了机组性能优化试验、全厂运行优化研究、运行优化在线系统开发三部分工作。项目对上海闸电燃气轮机发电厂4台机组进行了多种工况的试验。最后开发了燃机在线优化系统。同时在热通道部件状态研究方面进行了燃气轮机喷嘴裂纹统计分析、燃机性能仿真计算和流动数值模拟计算,一级喷嘴内部应力计算及裂纹特性评估,以及裂纹修复可行…     

以木片气为燃料的中温型固体氧化物燃料电池/燃气轮机混合动力系统性能研究

以木片气化气为燃料,建立中温型固体氧化物燃料电池(intermediate temperature solid oxide fuel cell,IT-SOFC)/燃气轮机(gas turbine,GT)混合动力系统的详细模型,分析混合动力系统的运行性能,研究生物质气的组分和水碳比的变化对混合动力系统性能的影响。结果表明,在设计工况下,以木片气化气为燃料的IT-SOFC/GT混合动力系统的发电效率高达59.24%,具有较好的系统性能。生物质气组分的变化对混合动力系统性能影响很大,H2百分比的变化使系统输出功率变化幅度最大,CO和CH4相近,系统的发电效率随H2百分比增加略有上升,随CO和CH4百分比的增加下降明显。研究还表明,当水碳摩尔比([S]/[C])改变时,系统输出功率和发电效率随着[S]/[C]的减小而逐渐增加,但从系统运行安全性和寿命方面考虑,应选择适当的[S]/[C]值。     

基于微型燃气轮机发电的混合动力系统小信号稳定性分析及前馈补偿控制

在由燃气轮机、发电机及其整流器、电池和电力推进负载等不同功能模块组成的混合动力系统中,由于发电机整流器和燃气轮机的非线性特性、负载的恒功率特性使得系统的稳定性问题非常复杂.本文分析和比较了目前已有的阻抗分析方法,对比了不同分析方法采用的阻抗比判据,选取保守性较小的MP C判据作为所研究的微型燃气轮机发电系统小信号模型的稳定性分析判据.并对MP C判据缺点做了改进.建立了混合动力系统中双轴燃气轮机、发电机整流器及电动机逆变器的小信号模型.使用阻抗分析法对混合动力系统进行了小信号稳定性分析.最后,提出了一种前馈补偿法来提升系统小信号稳定性,解决了燃气轮机带发电机整流器负载时小信号不稳定问题.     

熔融碳酸盐燃料电池发电系统研究进展与展望

介绍了目前熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)发电系统的发展现状,主要针对热电联产系统、混合发电系统以及用于CO_2捕集的MCFC系统进行了总结,讨论分析了不同系统的结构特点、应用现状以及未来发展前景。目前,MCFC热电联产系统发电效率47%~60%,热电联产效率80%~90%;MCFC混合发电系统发电效率55%,其中MCFC与微型燃气轮机组成的底层循环发电系统是发展的主流方向;基于MCFC的CO_2捕集系统的CO_2捕集率可达77%。     

基于热力模型的燃气轮机气路故障预测诊断研究综述

为避免失修和过修,提高设备的可靠性和可用性,降低燃气轮机机组运维成本,用户宜采用预知维修策略。气路诊断是一种对正在演变或即将发生的恶化情况发布早期预警信息的有效技术。经过多年发展,气路诊断已经取得了许多基于燃气轮机(准)稳态的诊断算法理论成果,但尚未形成一个完整的科学体系。现今燃气轮机越来越需在电网支持模式下更灵活地运行(包括频繁变工况及瞬态加减载)。在此操作条件下,其使用寿命会比在基本负荷(准)稳态运行时消耗更快,因此,迫切需要考虑瞬态变工况下气路故障诊断与预测的新理论新方法。针对瞬态变工况下气路故障预测诊断的基础问题,提出了瞬态变工况下燃气轮机自适应气路故障预测诊断方法研究路线,包括研究可变几何部件及瞬态变工况运行模式的自适应动态热力建模方法;利用机组可测气路参数,研究基于部件特性线形状内在非线性自适应的气路诊断方法,实时诊断得到各主要部件健康参数;最后提出一种融合各主要部件健康参数的多维度时序预测方法,为实现复杂强非线性热力系统故障诊断与预测提出新方法。     

质子交换膜燃料电池混合动力系统测控平台开发

介绍了5 kW高低温质子交换膜燃料电池混合动力系统测控平台的开发。介绍了平台测试系统模式下检测系统工作参数,对燃料电池混合动力系统的性能、建模和优化设计等问题进行研究;在模拟真实系统模式下研究燃料电池混合独立发电系统的动态建模、控制和优化。阐述了配合多能源系统研究动态负载下的进料控制、功率输出稳定性和能量效率优化等问题。介绍了测控平台各子系统的设计和设备选型。     

生物质气化–熔融碳酸盐燃料电池联合循环发电系统性能研究

将生物质气化与熔融碳酸盐燃料电池(molten carbonate fuel cell,MCFC)构建为新型的生物质能高效清洁利用联合循环发电技术,气化产生的富氢气体作为MCFC的燃料,通过燃烧半焦以及MCFC中未利用的燃料为气化反应提供热量,进行生物质气化–MCFC联合循环发电系统的模拟研究。运用Aspen Plus软件搭建系统模型并计算,研究了燃料电池内重整及系统工作压力对系统性能的影响。结果表明：生物质气化–MCFC联合循环发电技术具有较高的系统发电效率,可达50%,比常规生物质气化驱动燃气轮机技术高出10个百分点;对于常压系统无需采用内重整,而对于增压系统,采用内重整对系统性能有较大改善;提高系统工作压力可改善其整体性能,最佳工作压力在0.8~1.2 MPa。     

混合装置中高温燃料电池建模综述鲻

由于高温燃料电池发电不受卡诺循环的限制 ,能量转换效率高 ,污染比较小 ,排气温度较高 ,因此将燃料电池与燃气轮机组成混合装置在未来分布式发电领域具有广阔的前景。为了降低研发项目的风险 ,以及对其性能进行深入研究 ,混合装置的建模和仿真成为一种重要的研究手段之一。概述了高温燃料电池的早期模型、细化模型、整体“堆”模型以及控制方面模型 ,重点介绍了典型模型的建模思想和主要的方程 ,为实现燃料电池 燃气轮机混合装置的建模仿真做准备工作。     

熔融碳酸盐燃料电池单体数值模拟及性能分析

介绍了熔融碳酸盐燃料电池的原理.认为燃料电池内部的温度、电流密度和反应气体浓度等分布参数对燃料电池的安全、高效运行具有重要的影响,准确地预测燃料电池的温度场、电流密度场和反应气体的浓度场具有十分重要的意义.在考虑熔融碳酸盐燃料电池内部电特性和热特性的基础上,建立了熔融碳酸盐燃料电池单体准二维数学模型.利用该模型对逆流形式的熔融碳酸盐燃料电池单体的主要性能参数进行了稳态数值模拟.仿真结果对于熔融碳酸盐燃料电池的设计及运行具有一定的参考价值.     

熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)发电系统进展

燃料电池 ,尤其是熔融碳酸盐燃料电池是 2 1世纪最有希望的发电技术。在简要叙述了熔融碳酸盐燃料电池发电系统的发电原理后 ,从以下方面对系统的开发进行了论述 :单体元件 (电极和电解质 )性能的提高 ,燃料的处理 ,余热利用 ,电力调节和并网 ,电池参数 (工作压力、温度、反应气体的组成和利用率、燃料气体湿度 )的控制与优化。介绍了熔融碳酸盐燃料电池发电系统的国内外研究现状 ,给出了天然气外部重整型和内部重整型燃料电池的循环模型。指出熔融碳酸盐燃料电池系统开发面临的主要课题 :延长寿命、降低成本、系统小型化、改善电能质量等 ,给出一种多段熔融碳酸盐燃料电池系统模型     

燃料电池-燃气轮机混合发电系统性能研究

文章对由燃料电池和燃气轮机组成的混合发电系统的性能进行了分析。该混合系统采用的是底层循环方式,并于常压下工作。分析表明,在设计点工况,混合系统的发电效率为58.7％;在非设计点工况,其发电效率也能达到56%以上。在设计点工况下,混合系统的功率约有80％来自燃料电池电堆,20%由燃气轮机提供。在非设计点工况时,燃料电池发电功率占混合系统总输出功率的比例随着混合系统输出功率的减少而增大;混合系统可以在其输出功率不低于设计点功率80%的工况下运行。     

熔融碳酸盐燃料电池性能影响因素分析

提高熔融碳酸盐燃料电池 (MCFC)性能、延长其寿命是促进其商业化的关键。对MCFC主要性能影响因素 :工作压力、温度、反应气体的组成和利用率、杂质、电流密度和工作时间等进行了分析。结果表明 ,提高气体工作压力和温度可以提高电池性能 ,但为保证电池寿命 ,应限制在一定范围内 :反应气体组成的变化将影响MCFC电压 ;为获得电池整体最佳性能 ,利用率不应过高 ;燃料气体中的杂质必须加以清除 ;在所应用的电流密度范围内 ,电压损失主要是由欧姆过电位造成 ,为此应当减小欧姆阻抗     

熔融碳酸盐燃料电池电堆的输出电压模型

为保证熔融碳酸盐燃料电池 (MCFC)电堆可靠、高效和安全地运行 ,要求保持输出电压的恒定。根据MCFC电堆发电过程中物质与电量的平衡 ,分析了顺流型电堆的内部动态特性 ,就输出电压与燃料气体利用率和电流密度等相关量建立了由一组变系数偏微分方程和积分方程描述的数学模型 ,并从外部负载扰动的角度讨论了各状态量之间的相互关系。仿真结果证实了分析和建模的正确性。     

熔融碳酸盐燃料电池的电气建模

熔融碳酸盐燃料电池目前是高温燃料电池研究领域的一个难点,其严格的热启动过程和运行状态对电池性能和寿命的影响至关重要。针对这一问题,建立了基于机理的熔融碳酸盐燃料电池电气模型,详细给出了采用电化学方程的熔融碳酸盐燃料电池电气特性的模型结构、算法、训练、仿真和试验。实验结果证明其快速准确,为熔融碳酸盐燃料电池的系统控制提供了一个实际工程应用模型。     

小型熔融碳酸盐燃料电池及电池堆的性能

以辊轧工艺制备的多孔金属镍板作阳极 ,多孔氧化镍板作阴极 ,以流延法制备的LiAlO2 陶瓷膜为电解质板 ,以(Li0 .62 K0 .3 8) 2 CO3 为电解质 ,组装了电极面积为 12 0和 3 12cm2 的单电池 ,考察了单电池在升温过程中开路电压和内阻的变化情况 ,以及不同的工作条件对电池和输出功率的影响。在单电池发电成功的基础上 ,分别组装了由 3片和 8片单电池构成的电极面积为 3 2 8.8cm2 的小型熔融碳酸盐燃料电池堆 ,并测定了电池堆的电压和输出功率。试验表明 ,随着工作温度的提高 ,单电池和电池堆的开路电压和输出功率均显著提高 ,并且 ,经过若干天的连续发电 ,其电压和输出功率基本不变 ,说明自制的LiAlO2 电解质板具有良好的热机械强度 ,而电极材料也保持了良好的电催化性能。试验还表明 ,在相同的工作条件下 ,由 3片和 8片相同的单电池组成的电池堆的电压和输出功率分别为单片电池的 3倍和 8倍 ,这表明使用该结构的单电池有望串联成输出功率更高的较大型的电池堆 ,以满足熔融碳酸盐燃料电池的基础研究之用。