一种应用于SOC氢储能系统的电力电子变换器

可逆高温固体氧化物电池(SOC),既可作为固体氧化物电解电池(SOEC)运行于电解水制氢模式,亦可以作为固体氧化物燃料电池(SOFC)运行于氢发电模式,实现电转氢、氢转电的能量转换。针对目前高温SOC电堆输入、输出参数差异较大的现况,这里介绍了一种多支路高增益电力电子变换器,以满足不同功率等级SOC电堆并网的需求。结合SOC过程控制的需求,给出了变换器的控制方法。通过仿真验证了变换器拓扑、结构设计及控制方法的有效性和正确性。     

氢经济面临的机遇和挑战

从氢的生产、储运和应用三个方面概述了氢经济面临的机遇和挑战:氢的生产技术有化石燃料重整、太阳能制氢、生物制氢、热能制氢等;储氢方式和储氢材料有高压气瓶储氢、固体储氢材料(主要是金属和复合氢化物材料、纳米结构材料);氢的应用方面主要介绍了两种燃料电池技术,质子交换膜燃料电池和固体氧化物燃料电池。人类在这些方面已取得很大的进展,但是人类离氢经济的实现尚有不小的距离。发展可持续的制氢技术、高密集的储氢材料和先进的燃料电池技术是实现氢经济的关键。最后指出实现氢经济对中国的意义更大。     

可逆固体氧化物电池在低碳能源系统中的应用前景与挑战

允许可逆操作的固体氧化物电池因其同时拥有极高的发电和电解效率而备受关注。随着固体氧化物电池集成电站技术日趋成熟,对于SOC在能源系统中的应用模式尚缺少全面的讨论。围绕SOC在能源系统中的应用前景和挑战,从技术优势和潜在问题2个方面,分别总结了SOC在微网、输网和配网层面的应用现状和研究进展,同时结合能源互联网的发展理念和要求,对基于SOC电站和H2的新型能源利用模式进行了探讨和展望。结合未来高效的储氢、输氢、用氢模式,SOC在综合能源系统中的应用将极具前景。     

金属氢化物/镍电池自放电研究

研究了开口金属氢化物/镍(简称氢/镍)电池的自放电机理,结果表明氢/镍电池的自放电可分为两种情况,即可逆自放电与不可逆自放电;可逆自放电由贮氢电极中氢的解析所引起,不可逆自放电由贮氢电极合金的退化所引起;贮氢电极合金的化学镀镍能有效地降低氢/镍电池的自放电。     

微型燃料电池的研究进展

讨论了分别以重整气氢源、纯氢、甲醇和甲酸为燃料的微型燃料电池和微型固体氧化物燃料电池;对移动电源用微型燃料电池的材料进行了讨论;分析了微型燃料电池制备的技术,如微机电系统技术.     

基于可逆固体氧化物电池的风光氢综合能源系统容量规划

可逆固体氧化物电池（reversible solid oxide cell,RSOC）作为新型氢储能技术，有利于促进可再生能源消纳、提高系统运行效率。为此，提出一种基于RSOC技术的风光氢综合能源系统规划设计方法。首先，建立风光氢综合能源系统规划模型，考虑RSOC辅助系统（balance of plant,BOP）功耗占比高、功率调节受限等约束。其次，以系统年弃电缺电量、投资成本最小化为目标，采用粒子群优化算法求解该规划问题。最后，针对氢气价格、RSOC成本等不确定性因素，开展系统规划灵敏度分析。仿真结果表明该方法能够获得合理的配置方案，大规模减小系统弃电缺电频率，提升系统资源配置的灵活性。     

基于可逆固体氧化物燃料电池的综合能源站容量优化配置

针对综合能源系统清洁能源消纳问题，提出一种考虑设备效率退化的可逆固体氧化物燃料电池综合能源站容量优化配置方法。基于可逆固体氧化物燃料电池运行特性提出综合能源站架构，并建立能源站设备数学模型和效率退化模型；在充分考虑能源站设备效率退化的情况下，以能源站全生命周期净现值最大为目标建立系统氢储能容量优化配置模型，并利用改进遗传粒子群优化算法和CPLEX工具箱对模型进行求解。算例分析验证了所提方法的有效性和合理性。     

固体氧化物燃料电池特性计算分析

固体氧化物燃料是一种利用电化学原理直接将存储于燃料和氧化剂中的化学能转换成电能的发电装置。具有清洁、高效、燃料灵活等独特优点,研究操作和结构参数对电池性能的影响具有重要意义。本文整理了燃料电池过电位的基本公式,并通过计算机进行了计算。在此基础上探讨研究电池材料性质、电池工作温度、电池燃料浓度变化等对电池特性的影响,加深了对固体氧化物燃料电池特性的认识,为优化电池性能与操作参数提供依据。     

计及辅助服务的电-气-氢综合能源系统优化调度

氢能是中国能源行业低碳化转型的重要支撑。电制氢技术可将电网难以消纳的新能源转换成绿氢注入天然气管道,实现绿氢的远距离传输与利用。文中提出一种计及绿氢注入的电-气综合能源系统优化调度模型,且计及电网辅助服务以支撑高比例新能源消纳。首先,建立了计及绿氢注入及管道管存的天然气系统准动态运行模型;然后,构建了计及调峰与灵活备用的辅助服务的综合能源系统灵活运行模型。最后,算例测试量化评估了电制氢及多能协同对于支撑新能源消纳及提高系统运行灵活性的价值,并且分析了新能源渗透率、管道掺氢比限制对于综合能源系统调度结果的影响机理。     

固体氧化物燃料电池关键材料的开发

在对固体氧化物燃料电池特点进行简述的基础上,重点就我所固体氧化物燃料电池研究与开发所取得的进展及所遇到的问题进行了讨论.在总结所取得科研成果的基础上,对我国固体氧化物燃料电池的研究与开发前景作了展望.     

固体氧化物燃料电池压缩密封技术的研究进展

固体氧化物燃料电池的密封技术是限制其发展的关键技术之一,密封技术主要包括玻璃陶瓷密封和压缩密封技术.相对于玻璃陶瓷密封技术,压缩密封的主要优点是对密封材料的热膨胀匹配性要求不高,不与其它电池元件直接粘接,所以不破坏电池元件.详细描述了固体氧化物燃料电池的压缩密封技术,从金属压缩密封,云母压缩密封,陶瓷纤维压缩密封以及氧化铝密封等几个方面对固体氧化物燃料电池的压缩密封技术的研究现状进行了阐述,并对SOFC密封技术的发展进行了展望.     

管式固体氧化物燃料电池模型研究进展

管式结构是固体氧化物燃料电池一种重要结构类型,在设计和密封方面具有优势。近年来建模成为管式固体氧化物燃料电池研究的一种重要手段,已经发展出各种各样的模型。介绍了电化学模型、综合模型(同时耦合电化学、流动及传热)以及动态模型,比较各类模型优点和不足,指出有必要建立能同时从宏观和微观多层面多角度评价电池的全面模型。     

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.     

锂离子固体电解质的研究回顾

回顾了具有LISICON结构、NASICON结构、钙钛矿型结构的晶态锂离子固体电解质及氧化物、硫化物、氧化物与硫化物混合型玻璃态锂离子固体电解质的研究情况,介绍了锂离子固体电解质薄膜的研究现状。从研究情况来看,无论是晶态还是玻璃态锂离子固体电解质的室温离子电导率都已达到或超过10-3S·cm-1,与有机液态电解质离子电导率不相上下,且合成工艺已大为简化,因此,只要改进固体锂离子蓄电池的设计和制作技术,很可能实现固体锂离子蓄电池的商业化。而对固体锂离子薄膜电池来说,用射频磁控溅射技术制成的Li/xLi2O yP2O4 zPON/LiCoO2薄膜电池具有良好的性能,已基本达到商业化要求。     

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。     

不同燃料的SOFC分布参数模拟研究

为了研究固体氧化物燃料电池在不同燃料下的输出特性,采用数值仿真方法,在MATLAB中模拟分析以混合煤气、水煤气、沼气、天然气作为燃料时对燃料电池性能的影响,包括燃料成分分布、温度分布、电流密度分布情况,并分析其效率。分析结果表明:燃料中含甲烷会造成过冷效应;同一工作电压下,水煤气燃料利用率最高,混合煤气发电效率最低;随着电池负载增大,燃料利用率不断降低,发电效率存在极值点。     

固体氧化物燃料电池分布式电源静态运行分析

固体氧化物燃料电池是一种有前途的分布式电源。从基本的热力学分析出发并结合质量平衡、焓平衡和熵平衡方程,该文提出一个以氢气为燃料的固体氧化物燃料电池数学模型用于静态分析。推导得出了氢气利用系数、电池堆温度和过量氧气比例这3个运行变量之间的解析关系。由于固体氧化物燃料电池在运行中必须满足多个限制,该文提出了合理运行空间的概念。该概念可以用于指导固体氧化物燃料电池的运行和控制。     

固体氧化物燃料电池及其混合发电系统的现状及开发

固体氧化物燃料电池（SOFC）以其高能量转换效率、高比功率、无运动部件、堆积结构以及环境友好等特点日益受到重视。文章从燃料电池本体以及基于燃料电池的混合发电系统两方面对发达国家固体氧化物燃料电池的发展进行了调查,通过不同国家开发的电池以及混合发电系统的比较分析,对今后固体氧化物燃料电池的发展起到一定的指导作用。基于对燃料电池外形尺寸、进气道的尺寸和形状等电池结构进行了分析,得出不同结构下电池性能的变化,得到了最有利于燃料电池性能的设计参数。研究结果表明,低电流时,随着多孔电极进气道孔径的增加,电池输出电压也降低;而高电流时,电池输出电压先增大后减少,在孔径为5 mm时电池输出电压最大。     

面向新能源规模化消纳的绿氢化工技术研究现状与关键支撑技术展望EI北大核心CSCD

可再生能源电解水制取“绿氢”并进一步合成氨、醇等化工产品,是促进新能源消纳,实现电力、化工行业深度脱碳的重要技术方向。绿氢化工技术涉及电力、化工等多学科深度交叉,但当前绿氢相关研究综述以制氢技术自身为主,尚缺乏绿氢规模化利用、绿氢与下游化工产业耦合接入电力系统等方面的梳理。为填补上述空缺,支撑绿氢化工技术发展,推动可再生能源消纳及绿氢规模化利用,首先概述绿氢化工系统各工段原理及技术特性;然后分别从绿氢化工系统自身及接入电力系统的视角梳理研究现状,分析现有研究不足;最后,展望支撑绿氢化工发展的制氢系统规模化设计与灵活调控、柔性化工合成仿真模拟、面向电力平衡调控的多工段协调控制技术,提出接入电力系统及运行的支撑系统开发需求。     

SOFC建模与控制策略的研究现状与发展

简单介绍了固体氧化物燃料电池(SOFC)的单体结构类型和工作原理;然后详细介绍SOFC的电极、单电池、电堆、系统四个层次的建模以及SOFC控制的研究现状,并指出现有模型的不足;接着讨论SOFC电池数学建模的发展方向;最后,针对SOFC系统的非线性、大时滞、多输入多输出和随机干扰等特征,提出了几种适宜的控制方案.