固体氧化物燃料电池直接内重整的模型研究进展

固体氧化物燃料电池（SOFCs）是一种通过电化学氧化反应直接将化学能高效率地转化为电能的装置,在大规模发电、联产以及一体化燃料升级等可再生能源系统领域具有广阔的市场前景。为进一步拓宽SOFCs的应用场景,降低运行成本,直接内重整（DIR）技术可将CH4等烷烃类物质在阳极催化生成H2,减少了燃料预处理要求且提高了转化效率,是目前SOFCs研究领域的热点之一。为了优化该技术的系统设计和操作条件,模型模拟的研究可显著减少实验工作量,并为其提供理论支撑和指导性建议。通过DIR-SOFC系统的模型模拟,结合场分布、动力学参数等,可以量化评估系统内的反应,从而了解其物理、化学过程的复杂性。本文总结了DIR-SOFC建模工作的现状,介绍了体积平均模型和针对微观结构的模型;重点讨论多尺度数学模型,对现有研究中的反应动力学过程描述、“能量-质量-动量”平衡方程、“1D-2D-3D”DIR-SOFC单元描述等进行了综述,能更好地评估变量对DIR的影响;对DIR-SOFC模型中不同液体燃料的重整反应及相关的反应动力学参数进行总结;指出现有模型的不足,并对DIR-SOFC系统模型的未来发展进行展望,使模型更加...     

固体氧化物燃料电池与燃气轮机混合发电的发展及甲烷蒸汽重整的研究

燃料电池与燃气轮机混合发电系统有着很高的能量利用效率,是能量转换的重要研究方向。而固体氧化物燃料电池的蒸汽重整技术为该联合提供了重要的技术支持。本文设计了固体氧化物燃料电池的结构,并进行甲烷蒸汽重整的模拟计算,计算结果显示燃料电池排气温度达到1380K左右时,有很高的能量利用价值。     

固体氧化物燃料电池与燃汽轮机混合系统技术现状

固体氧化物燃料电池具有高能量密度、适用多种不同燃料、结构简单等优点,与燃气轮机结合后能达到近80%的能量利用效率,具有良好的市场前景.本文介绍了固体氧化物燃料电池与燃汽轮机混合系统的结构,应用现状,给出了未来发展的一些方向,并提出了固体氧化物燃料电池与燃气轮机混合系统发展需要解决的一些问题.     

固体氧化物燃料电池双极板材料发展综述

固体氧化物燃料电池(SOFC)作为第三代燃料电池,以其能量转换效率高、燃料适用范围广、对环境友好、全固态等诸多优势而备受关注.双极板(又称连接体)作为固体氧化物燃料电池的重要组成部分之一,在SOFC电池堆中起到串并联单体电池并隔绝燃料气体与空气的作用,对电池性能及商用成本有很大影响.不同材料的双极板存在不同的性能问题,主要都集中在导电性能、抗氧化性能、化学稳定性及热膨胀系数是否匹配等方面.本文综述了传统陶瓷材料、合金材料、新型陶瓷材料、复合材料双极板的发展历程及最新研究进展,并着重介绍了组分优化设计及表面改性(涂覆活性氧化物涂层、稀土钙钛矿涂层及尖晶石涂层等)两种方式对于合金材料抑制镉元素向外扩散的能力、抗氧化性及导电性的改善.综合分析表明,通过组分优化设计和表面改性弥补合金作为双极板材料的性能缺陷,尝试制备新型陶瓷材料或复合材料等途径,有望获得高性能、低成本的双极板材料,从而实现SOFC的大规模商业化应用.     

中温固体氧化物燃料电池阳极通道中气体流动和传热分析

采用三维计算方法模拟和分析内重整反应和电化学反应及其在厚阳极层中对不同输运过程的影响。该文所研究的复合管道包括一个多孔阳极层、流道和金属双极板,利用基于燃料气体混合物的可变热物性参数(例如密度、粘度、比热等)及其耦合源项求解不同气体种类的动量和热量传递方程。模拟结果表明．内重整反应和电化学反应及其操作条件对阳极中的气体输运和热传递过程都有较大影响。     

固体氧化物燃料电池与燃气轮机联合发电系统模拟研究

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种高效低污染的新型能源。建立了以天然气为燃料的固体氧化物燃料电池和燃气轮机(GT)联合发电系统的计算模型,并对具体系统进行计算。结果表明：SOFC与GT组戍的联合发电系统,发电效率可达68％(LHV);加上利用的余热,整个系统的能量利用率可以超过80％。文中还分析了SOFC的工作压力、电流密度等参数对系统性能的影响,提高工作压力,可以增加电池发电量,提高系统的发电效率;而电流密度的增大将使SOFC及整个系统的发电量降低。     

平板式固体氧化物燃料电池的初步研究

研制出平板式Ni-YSZ|YSZ|LSM单体电池 ,电池以H2 为燃料 ,O2 为氧化剂气体。设计组装了电池性能测试系统 ,在 4 0 0～ 10 0 0℃的温度范围内 ,测试了电池开路电压与温度变化的关系 ,分析了变化的原因 ;考察了单体电池的电流电压特性和电流功率特性 ,计算了电池的效率     

固体氧化物燃料电池与燃气轮机混合发电系统

基于固体氧化物燃料电池系统的高效率、环保性以及排气废热的巨大利用潜能,将其与燃气轮机组成混合发电装置,是一种极有前景的分布式发电方案.文章以SWP公司的加压型SOFC-小型燃气轮机混合循环系统为例,对固体氧化物燃料电池及燃气轮机混合循环系统的原理及发展现状作了分析,为我国固体氧化物燃料电池-燃气轮机混合循环系统的研制提供参考.     

平板状固体氧化物燃料电池的数值模拟

利用流体力学计算软件FLUENT建立平板状固体氧化物燃料电池（SOFC）三维数值模型，研究在不同操作条件和支撑形式下，活化极化、欧姆极化、浓度极化对SOFC性能的影响。在多孔电极中的气体流动符合达西定律的前提下，为满足不同的多孔电极设计，综合考虑了摩尔扩散和Knudsen扩散。另外还考虑了电池电化学反应热对欧姆极化的影响。分析结果表明，阴极和阳极支撑固体氧化物燃料电池具有较低的操作温度和较好的输出特性。     

燃料电池—超级电容联合发电系统的建模与仿真

研究固体氧化物燃料电池超级电容联合发电系统是实现发电系统良好运行、成功应用于实际不可或缺的环节,在分析联合发电系统作用及结构的基础上,针对系统负载跟踪问题设计了以模型预测控制算法为基础的电管理系统,在Matlab/Simulink环境下搭建相应模型并进行测试验证。结果表明,该设计有效、可靠。     

平板式阳极支撑固体氧化物燃料电池传质传热仿真研究

利用流体力学计算软件F luen t建立平板式阳极支撑固体氧化物燃料电池(SOFC)的三维数学模型。在阳极与阴极多孔电极中使用尘气模型模拟气体质量传输并采用B rinkm an-Forschhe im er-D acy模型来模拟多孔电极中黏性与惯性效应对气体流动的影响。研究给出了燃料气与空气在同向流与反向流情况下组分浓度、电压与温度分布。结果显示在同向流情况下,电池的最大功率密度较大与温度分布较均匀合理。研究给出了多孔电极结构参数(孔隙率、曲折因子与孔径尺寸)对电池性能的影响。结果表明比较计算的极化性能与文献的实验数据两者较好的吻合。     

基于固体氧化物燃料电池的高效清洁发电系统

  目的  固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种尖端技术,可通过电化学反应将碳氢燃料中的化学能转化为电和热,具有燃料来源广、发电效率高、余热品质高、运行安静、排放低、可模块化安装等优点,是实现化石能源高效清洁利用的有效途径之一。  方法  文章阐释了SOFC发电原理,介绍了国内外SOFC技术和产业化现状,分析了基于SOFC的分布式热电联供、联合循环发电以及煤气化燃料电池发电技术（IGFC）新一代发电系统应用场景。  结果  通过燃料电池发电技术路线和产业化现状研究,浅析了目前存在的问题,并结合我国资源禀赋和对高效清洁发电装置的市场需求,对该领域的未来发展趋势进行了展望。  结论  对比国内外在SOFC领域的技术差距,基于国内在SOFC电堆核心材料方面的优势,加大对SOFC系统集成技术攻关,为新一代以高温燃料电池为核心的清洁高效发电产业奠定基础。     

板式固体氧化物燃料电池积碳特性实验

固体氧化物燃料电池(SOFC)阳极积碳是制约其高效稳定运行的瓶颈问题,文中回顾了国内外学者在实验领域对SOFC积碳问题的研究进展,并指出研究积碳产生速率数学模型的意义。搭建了由气路管道,气体流量控制器,开启式真空气氛管式电加热炉等仪器设备组成的固体氧化物燃料电池积碳测试实验台;介绍了实验用片状阳极材料的制备,以及积碳实验的详细步骤。基于对镍/氧化钇稳定氧化锆(Ni/YSZ)金属陶瓷阳极上一氧化碳(CO)积碳特性的实验结果分析了：(1)一氧化碳/二氧化碳(CO/CO₂)混合气体组分对CO歧化反应积碳特性影响;(2)温度对CO歧化反应积碳特性影响;(3)甲烷(CH₄)裂解与CO歧化对积碳特性的影响。本文最后基于化学反应动力学,推导了不同温度下CO歧化反应积碳速率数学计算模型,并运用实验结果对其进行了验证。本文研究有助于探索SOFC积碳产生的机理,同时为以天然气为燃料的SOFC运行参数最优化控制提供了依据。     

天然气水蒸气重整与SOFC耦合应用

固体氧化物燃料电池（SOFC）系统具有高能源效率和使用可再生燃料的可能性,将在未来的可持续能源系统中发挥重要作用。过去几年燃料电池的发展很快,但在成本、稳定性和市场份额方面,该技术仍处于早期发展阶段。在以天然气为燃料的SOFC系统中,燃料的重整过程和燃料利用水平都可能影响系统运行的稳定性、热量和能量平衡,从而影响系统的使用寿命、输出功率和效率。因此,对燃料重整过程的设计与控制对有效的SOFC电池运行具有重要意义。对天然气在SOFC系统中的重整器配置方式（包括外重整和内重整）、重整参数和重整燃料利用方式进行了详细的综述分析,并对未来天然气SOFC系统的发展进行了展望。     

管式固体氧化物燃料电池的数值模拟

通过耦合速度场、温度场、电势场和组分浓度场，建立了以纯氢气为燃料的管式固体氧化物燃料电池（SOFC）数学模型，并对西门子．西屋公司阴极支撑型（AES）管式SOFC进行了轴向二维模拟。模拟结果表明，组分浓度和电流密度的分布与SOFC的运行工况密切相关。在所模拟的电压范围内，欧姆极化起主要作用，提高固体氧化物燃料电池的平均工作温度、改善多孔电极的微观结构、使用纯氧代替空气作为氧化剂可改善电池性能。图8参10     

基于改进的GRNN的固体氧化物燃料电池辨识模型研究

固体氧化物燃料电（SOFC）作为一种新的能源形式,日益受到重视．针对SOFC系统过于复杂,现有的理论电压模型存在明显不足的特点,绕开了SOFC的内部复杂性,利用经过粒子群算法（PSO）优化的广义回归神经网络（GRNN）对SOFC系统进行辨识建模．以氢气流速为神经网络辨识模型的输入量,电流／电压为输出量,建立SOFC在不同氢气流速下的电池电流／电压动态响应模型．仿真结果表明所建模型能基本表示出SOFC系统的电流／电压的动态响应,说明利用GRNN建模的有效性,所建模型精度也较高．     

板式固体氧化物燃料电池积碳特性的数值研究

固体氧化物燃料电池(SOFC)阳极积碳的发生是制约其高效稳定运行的瓶颈问题,文中介绍了阳极积碳对SOFC的影响,回顾了国内外研究此问题的三个典型方向及其进展;在此基础上,利用用户自定义子程序(UDF)与流体动力学计算软件Fluent建立的SOFC完整极化数值模型,对一板式SOFC的反应特性与积碳特性进行数值模拟与分析....     

固体氧化物燃料电池的神经模糊控制策略研究

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)具有多输入多输出、强耦合的特点,为了使其输出电压稳定设计了高效控制器,采用神经模糊控制方法对其输出电压进行控制。通过机理分析和实验数据拟合方法分别建立SOFC的机理模型和神经网络模型,在此基础上采用模糊控制策略对SOFC的输出电压进行控制,并应用神经模糊控制方法进一步提高了控制精度。通过MATLAB/Simulink仿真实验发现,SOFC神经网络模型得到的预测电压与实际电压之间的误差小于0.008 V,较其机理模型更加准确,所提出的控制策略能有效控制SOFC的输出电压。     

基于AspenPlus的兆瓦级燃料电池分布式发电系统建模及仿真分析

目的   燃料电池分布式发电技术是适应未来能源低碳化、清洁化、高效化发展趋势的重要应用方向。国内燃料电池电站项目较少,缺乏实际项目经验积累。为了推进燃料电池分布式电站技术的应用,文章概述了国内外应用现状,总结了高温燃料电池的优势与不足,调研了国内燃料电池建设应用案例,并建立了固体氧化物燃料电池与熔融碳酸盐燃料电池发电系统流程。 方法   经过文献调研与实地调研,确定了两种适合建设大型电站的燃料电池分布式发电技术,并利用AspenPlus化工模拟软件建立燃料电池系统流程模型、电化学模型和能量分析模型,并开展系统的性能仿真分析。 结果   分析结果与实际运行结果相吻合,分析预测的系统性能趋势与已有研究相一致。 结论   该仿真方法可用于兆瓦级高温燃料电池分布式发电系统的研究,可为扩大燃料电池应用规模提供数据支持。     

固体氧化物燃料电池(SOFC)系统的研究现状

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)由于其高效率、低污染和燃料适用范围广等特点,近年来在众多领域都展现出了其重要的工业应用前景,已成为新能源发电领域的一个重要研究热点,引起了国内外研究者的广泛关注。文中主要针对现有不同种类的固体氧化物燃料电池系统,阐述了其在国内外的最新研究成果,并进行总结与展望,提出了一种新式的管状火焰燃烧器-固体氧化物燃料电池系统(Tubular Flame Burner-Solid Oxide Fuel Cell System,TFB-SOFC System)。