固体氧化物燃料电池（SOFC）发电系统示范工程（3）：日本三菱重工的SOFC系统

日本三菱重工于1984年开始开发固体氧化物燃料电池（SOFC）技术,于1986—1989年与东京电力株式会社合作研制管式SOFC电池堆,于1991年运行了1kW的SOFC电池堆,运行时间1000h。1993年,三菱重工研制新型1kW的SOFC电池堆成功,运行3000h。1996年,10kW常压SOFC连续运行5000h。1998年3月,三菱重工与电力开发株式会社合作,运行高压10kW级SOFC系统,SOFC阳极为NiO／YSZ,阴极为LaCoO3。设计参数为：（1）最大输出功率21kW;（2）效率35％;（3）燃料利用率75％。到1998年年中,运行4000h,功率输出稳定,千小时性能降低1％～2％。     

固体氧化物燃料电池（SOFC）发电系统示范工程（1）：Sulzer Hexis公司的S0FC系统

Sulzer Hexis公司长期以来一直在进行管式固体氧化物燃料电池（SOFC）发电系统示范工程的开发与运行改进工作,使SOFC发电系统的许多性能得到了很大的提高,具体指标已达到：（1）运行时间总计超过90kh;（2）发电量达56MW·h;（3）标准电能输出功率为1kW;（4）电池堆最大电能效率为35％等。     

整体煤气化固体氧化物燃料电池（IG—SOFC）发电系统

固体氧化物燃料电池（SOFC）与熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）相比,排气温度更高,有利于组织底部联合循环发电系统回收排气的余热。SOFC对燃气中杂质的容许值较高,更有利于与煤气化结合,以煤气做燃料电池的燃料,最后形成整体煤气化固体氧化物燃料电池（IG—SOFC）发电系统。     

高温燃料电池发电系统研究

介绍燃料电池的分类和应用技术路线,比较各种燃料电池的发电特性,分析高温燃料电池的应用前景。分析表明,固体氧化物燃料电池在大型电厂的应用具有潜在优势。应用稳态模拟软件(AspenPlus)对1000kW SOFC/GT发电系统进行了模拟,模拟结果与WestingHouse 500kW SOFC/GT发电系统设计数据比较吻合,误差小于5%。应用建立的系统模型对影响系统性能的主要参数进行了优化,系统效率提高到51.403%。     

固体氧化物燃料电池发电系统的模拟与优化研究

针对1MW固体氧化物燃料电池（SOFC）发电系统,建立了描述SOFC电池堆电化学过程和特性的模型,在此基础上建立了基于Aspen Plus软件平台的SOFC发电系统模型,并对其系统参数进行了分析和优化。研究为大型SOFC发电系统的设计奠定了基础。     

固体氧化物燃料电池发电系统建模与控制

根据固体氧化物燃料电池（SOFC）的电化学特性和微网的运行要求,建立了含SOFC、BOOST变换器、蓄电池（BESS）、双向DC/DC变换器、DC/AC逆变器和滤波器6部分的SOFC发电系统整体模型,提出了适应各种运行状态的控制策略。DC/AC逆变器采用V/f下垂控制,包含内环电流和外环电压;逆变器控制模块中包含重连同步环节,作用于微网从孤岛到并网模式的平滑转换。为了提高SOFC的动态响应速度,在直流母线侧并联储能蓄电池,采用双向DC/DC变换器的滞环充放电控制来提高功率调节速度。构建了包含SOFC发电系统的微网模型,并网、孤岛以及两种模式间切换时的仿真结果表明所提出的SOFC发电系统模型能正确反映SOFC的电化学特性,控制策略效果良好,能在微网各种运行条件下保证微网的稳定运行。     

燃料电池发电系统及其示范工程

介绍了几种实用燃料电池发电系统的基本原理，重点介绍固体氧化物燃料电池（SOFC）发电技术的最新发展和西门子公司在欧美几个应用示范工程。这些示范工程旨在对该技术进行考核，为实现其商业化运行做准备。     

美国加州独立系统运行机构（ISO）公布其智能电网发展路线图

美国加州独立系统运行机构（ISO）在其《需求响应与能源效率路线图：使优选发电技术利用最大化》的报告中给出了提高低碳需求响应（DR）和能源效率（EE）的发电技术利用方案,说明智能电网技术的研发与推广应用是实现构建更可造、更环保的可持续发展电力系统目标的关键。     

燃料预重整份额对SOFC-GT混合发电系统设计的影响

针对以天然气为燃料的固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)-燃气轮机(gas turbine,GT)混合发电系统,利用平衡态重整器模型、一维SOFC模型以及搭建于Ebsilon?中的燃气轮机系统模型,在不同燃料预重整份额和SOFC燃料利用率的设计工况下,开展混合发电系统的性能分析研究。结果表明,高SOFC燃料利用率并不会对应高的系统发电效率。混合发电系统效率最高点出现在热耦合策略对系统性能影响最小的设计工况下。燃料内重整可以提高混合系统的效率,但也要求SOFC运行在极端的设计工况下;燃料外重整则可以提高系统设计的灵活性,降低混合发电系统对SOFC的依赖。仿真分析显示,通过合理配置SOFC燃料利用率和燃料重整过程,有望在不依赖燃料内重整的情况下,提高混合发电系统的发电效率。     

低排放锅炉系统（LEBS）的应用

尽管美国利用天然气发电的比例在增加,但煤依然是其发电的主要燃料。为保证未来燃煤电厂在性能、排放和成本方面符合美国能源部（ＤＯＥ）联邦能源技术中心１９９２年开始实施的低排放锅炉系统方案的要求,采用以电厂“总体”性能为重点的综合系统法可从先进的低ＮＯｘ燃...     

新型外燃机发电系统

独立发电系统美国STM动力公司研制的独立发电系统将电力电子和热能力学技术相结合,将热能充分有效地转化成高质量的电力。该独立发电系统可使用广泛的气体燃料—天然气、丙烷、垃圾填埋气或氢气,未来的独立发电系统还可使用其它多种燃料,包括液体燃料、废热和再生能源燃料及太阳能。该独立发电系统属于模块式安装,运输便利（包括1个外燃机模块,1个电子设备模块,1个散热器和1个电池箱）,单独运行功率为25kW,也可并联运行,增加发电量以满足不同用户的各种需求。在1个独特的发电系统中,燃料是在外部燃烧,并为4个汽缸的工作气体提…     

固体氧化物燃料电池建模及并网控制

建立6 kW固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)的机理模型,在此基础上设计包括Boost变换器、逆变器和滤波器的SOFC发电系统。为Boost变换器设计了比例积分(proportional plus integral,PI)控制器,以保证升压变换后直流电压稳定在365 V;对逆变器采用PQ闭环控制策略,直流电经空间矢量脉冲宽度调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)后成为220 V、50 Hz的交流电;通过所设计的LC滤波电路消除谐波干扰。以Simulink为仿真工具,分别对由96个单SOFC组成的电池组、Boost变换器、逆变器的工作性能进行测试,进一步研究了SOFC发电系统接入220 V低压配电网运行的性能。仿真结果表明:所构建的SOFC发电系统能正确反映SOFC的电化学特性,系统运行稳定,动态特性好。     

以煤层气为燃料的固体氧化物燃料电池发电系统的模拟与分析

固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)发电具有效率高、噪声低、排放低的优点。为评估煤层气SOFC发电系统性能,并与现有燃气内燃机发电技术进行对比,在AspenPlus模拟环境中构建了SOFC发电系统流程,研究30%和91%煤层气浓度下水碳比、电流密度、空气预热温度等参数对系统性能的影响,并与燃气内燃机发电进行技术经济性比较。结果表明,使用30%浓度煤层气时,SOFC发电效率为38.7%,略低于燃气内燃机发电效率,年CO2排放量与燃气内燃机接近;使用91%浓度煤层气时,SOFC发电效率为53.2%,高出燃气内燃机13.4%,年燃料成本降低24%,年CO2排放量相比燃气内燃机降低23%;受大量冷却空气的影响,SOFC的NOx排放是燃气内燃机的2倍。由结果可知,当煤层气浓度在30%以上时,SOFC相比燃气内燃机才具有效率优势;煤层气浓度越高,SOFC的效率优势越明显;当煤层气浓度低于30%时,建议仍使用燃气内燃机进行发电。     

固体氧化物燃料电池与质子交换膜燃料电池联合系统的建模与仿真

建立一种新型的发电系统结构——固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)与质子交换膜燃料电池(Proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)联合发电系统,在该联合系统中SOFC不但可产生电能,同时为PEMFC提供富氢的重整气产生额外电能,提高了燃料能量转换率,也节省了外置重整器的设备消耗。该文基于质量、能量平衡并耦合电化学知识建立了SOFC-PEMFC联合发电系统模型。详细讨论了系统参数(燃料利用率、空气与燃料流量比和燃料流量)对系统性能的影响。仿真结果表明,在本文设计工况下,SOFC-PEMFC联合发电系统的发电效率和系统能源综合利用效率分别为54％和723％,高于同一功率等级下的独立SOFC发电系统和重整器-PEMFC发电系统;另外,合理的空气与燃料流量比可以改善系统性能;SOFC燃料利用率为75％时,系统发电效率达到最大;燃料流量对系统发电效率基本没有影响。     

基于混沌博弈优化的固体氧化物燃料电池模型参数优化设计

固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell, SOFC)因具有转换效率高、无污染物排放、运行噪声低等特点被视为前景广阔的绿色发电技术之一,其被广泛应用于电力系统和交通运输等领域。针对SOFC稳态模型的参数优化设计问题,提出了一种基于混沌博弈优化(chaos game optimization, CGO)方法的SOFCs参数提取框架。同时,利用芬兰燃料电池技术公司Elcogen生产的陶瓷阳极支撑型平板式低温单体燃料电池(ASC-400B)工作于两种不同温度(即600 ℃和700 ℃)下的实验数据以及美国蒙大拿州立大学开发的基于物理模型的5 kW级管式SOFC电池堆栈模型在两种不同温度(即850 ℃和950 ℃)下的仿真数据,分别对所提框架、蒲公英优化器(dandelion optimizer, DO)、平衡优化器(equilibrium optimizer, EO)、粒子群优化(particle swarm optimization, PSO)算法和白鲨优化器(white shark optimizer, WSO)的参数提取的性能进行了深入的研究和分析。测试结果表明：相比于DO、EO、PSO和WSO,CGO能够准确、稳定且快速地提取上述各种SOFCs的模型未知参数,为SOFCs的系统建模提供了一种高效的方法。     

基于深度强化学习技术的光伏–固体氧化物燃料电池混合能源系统多场景控制

固体氧化物燃料电池(solidoxidefuelcell,SOFC)运行安静、清洁高效,具有广泛的应用前景。SOFC能够与其他发电装置和储能装置灵活耦合形成混合能源系统,该文所研究的光伏-燃料电池(photovoltaic-solidoxidefuelcell,PV-SOFC)混合能源系统将太阳能通过电转气技术(powerto gas,P2G)转换为氢能供SOFC使用,能够有效弥补太阳能波动性大、间歇性强的缺点。针对SOFC混合能源系统多变量、强非线性的特征,该文采用深度强化学习(deep reinforcement learning,DRL)技术研究一种智能运行控制策略。首先,搭建PV-SOFC混合能源系统的仿真模型,该模型以SOFC为核心,侧重于系统中的功率流向和氢气流向,并考虑了系统内部的运行条件约束。其次,分别提出联网运行模式与孤岛运行模式下基于深度确定性策略梯度算法(deep deterministic policy gradient,DDPG)的系统智能运行控制策略。最后,通过算例仿真验证该算法的有效性。结果表明,孤岛运行模式下DDPG算法能够在不同环境和负荷需求条件下使混...     

国网系统首个100千瓦级风光储微电网实验平台正式投入运行

近日,国家能源大型风电并网系统研发（实验）中心张北试验基地研究试验楼微电网系统顺利完成24h连续孤网运行和并网／孤网无缝切换试验,标志着国家电网公司系统首个100kW级风光储微电网实验平台正式投入运行。该微电网实验平台的建成投运标志着中国电科院对分布式新能源发电和微电网研究取得了阶段性成果,更为进一步推动分布式新能源发电的应用、提高微电网供电可靠性奠定了坚实的科研基础。     

整体煤气化熔融碳酸盐燃料电池（IG—HCFC）发电系统

整体煤气化熔融碳酸盐燃料电池（IG—MCFC）发电系统是燃料电池发电技术与整体煤气化联合循环（IGCC）发电技术相结合,形成整体煤气化燃料电池发电技术（IGFC）,不仅使燃料电池发电的容量和效率增加．而且也可以使IGCC的发电效率提高．既是MCFC大容量化的主要方向之一．也是21世纪洁净煤发电技术的一个重要方向。     

我国首个风光互补发电系统投运

2004年12月8日，我国第一个风光互补发电系统在华能南澳风力发电场成功并入当地10kV电网，正式投入商业化运行。系统中采用的100kW太阳能光伏发电设备经当地电网管理部门检测，光伏发电电能质量完全符合国家标准。     

SOFC电堆降阶建模研究及其仿真测试

基于5 kW固体氧化物燃料电池(SOFC)独立发电系统,考虑其高阶复杂非线性的特性,设定部分变量为常值进行简化,从系统的分布式参数控制、SOFC模型的温度分层动态分析及层次降阶方面进行分析,设计了面向控制的SOFC系统级降阶模型,并进行了仿真,测试了4温度层、3温度层、2温度层三种不同模型的输出特性.仿真结果表明SOFC系统级降阶模型具有建模简单和精度高的优点,研究结果对SOFC燃料电池独立发电系统的建模和控制具有一定的实用价值.