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...     

间接内重整固体氧化物燃料电池的建模与仿真

建立了一维基于催化涂层重整器的间接内重整固体氧化物燃料电池的动态数学模型.在组分和能量守恒的基础上,考虑了电化学模型,建立了基于分布集总参数技术和模块化思想的间接内重整固体氧化物燃料电池的仿真模型.该模＃型不仅能反映燃料电池的分布参数特性,还可以满足动态仿真的需求.利用该模型分析了某一工况下固体氧化物燃料电池的稳态性能,并进行了动态过程的仿真,结果证明该模型可以反映间接内重整固体氧化物燃料电池的基本性能.     

固体氧化物燃料电池系统的模拟及优化

以第三代燃料电池——固体氧化物燃料电池为研究对象,基于德国西门子新型固体氧化物燃料电池技术,选用内外燃料重整相互结合的设计方式,对第三代固体氧化物燃料电池系统进行研究.将系统输入火用效率、能量利用率、燃料利用率及燃料电池的进出口温度作为评价指标,对设计工况为5 kW电效率的系统做出深入分析与进一步优化.与最初5 kW工...     

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。     

纯低温余热发电系统中余热锅炉的热力学分析

以能量平衡模型和能量平衡方程为依据,对某水泥厂纯低温余热发电系统中的余热锅炉进行了热力学分析,同时分析了各种参数变化对余热锅炉(火用)效率的影响.结果表明:余热锅炉的主要外部损失为排烟(火用)损失,占锅炉总(火用)损失的45.72%;主要内部损失为传热(火用)损失,占锅炉总(火用)损失的11.28%.确定了余热锅炉耗能的薄弱环节,并提出了降低余热锅炉(火用)损和提高余热锅炉(火用)效率的途径和改进措施,为水泥厂进一步展开节能工作提供科学依据.     

纯低温余热发电系统的(火用)分析及其主蒸汽参数优化问题

采用.用分析的方法,分析计算了纯低温余热发电系统入口余热的粗(火用)流分布,指出减少出口余热(火用)损和内部换热损是提高余热锅炉(火用)回收的关键,并在此基础上分析了主蒸汽压力参数与余热锅炉最大回收炯及发电系统最大做功的关系,分析论证其进行优化的原因和必要性,为进一步研究提高纯低温余热发电系统的炯回收率提供了参考.     

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。     

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.     

固体氧化物燃料电池三维模拟与性能分析

建立了平板式阳极支撑固体氧化物燃料电池的三维数学模型,通过耦合电化学动力学和流体动力学模拟了电池的传热传质等传输现象。采用有限容积法计算了质量、动量、组分与能量守恒方程。研究给出了同向流与反向流情况下电流度密度、电压与功率密度分布。结果显示在同向流情况下,电池的最大功率密度较大,温度分布较均匀合理。进一步研究表明多孔电极结构参数（孔隙率、曲折因子与孔径尺寸）对电池性能有十分重要的影响。比较计算的极化性能与文献的实验数据,结果表明两者吻合的较好。     

纯低温余热发电系统的炯分析及其主蒸汽参数优化问题

采用[火用]分析的方法,分析计算了纯低温余热发电系统入口余热的[火用]流分布,指出减少出口余热[火用]损和内部换热炯损是提高余热锅炉[火用]回收的关键,并在此基础上分析了主蒸汽压力参数与余热锅炉最大回收[火用]及发电系统最大做功的关系,分析论证其进行优化的原因和必要性,为进一步研究提高纯低温余热发电系统的[火用]回收率提供了参考。     

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     

粒子群算法惯性权重策略对参数反分析优化性能的影响

以某混凝土重力坝挡水坝段为例,针对惯性权重为粒子群算法中平衡全局搜索能力和局部搜索能力的关键参数,分析了不同的惯性权重策略影响粒子群算法在材料参数反分析领域的优化性能,并比较了四种惯性权重策略。结果表明,线性微分递减惯性权重策略最优,可使材料参数反分析过程收敛速度更快、稳定性更强。     

新型平板式固体氧化物燃料电池的开发和性能分析

利用商业数值分析软件和试验获得的电池各部件材料性能数据,改进了用于分析固体氧化物燃料电池(SOFC)单电池内部复杂物理过程的软件包.应用该软件包,得到了设计的新型高效平板式SOFC单电池内部各气体组分浓度、温度、电势、电流及电流密度等参数的分布规律.分析结果表明:在高燃料利用率情况下,阳极内组分扩散引起的浓度极化损失是影响电池性能的重要因素之一.该新型结构电池可有效改善电池的密封性,但其电解质需要较高的最大离子传导率.     

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。     

高温燃料电池_燃气轮机混合发电系统性能分析

针对 高温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装置进行发电是未来分布式发电的一种极有前景的方案。文中对高温燃料电池及混合循环系统作了简介,并对两种典型的高温燃料电池－燃气轮机混合循环发电系统进行了性能分析,这将为我国高温燃料电池－燃气轮机混合循环系统的研制提供参考。     

Analysis of Heat and Mass Transfer for a Single-Planar-Anode-Supported Solid Oxide Fuel Cell Considering Internal Reforming

The temperature uniformity and component concentration distributions in solid oxide fuel cells during operating processes can influence the cell electrochemical and thermal characteristics. A three-dimensional thermal-fluid numerical model including electrochemical reactions and water-gas-shift(WGS) reaction for a single channel solid oxide fuel cell was developed to study the steady-state characteristics, which include distributions of the temperature(T), temperature gradient((35)T/(35)x), and ...     

Development of a Solid Oxide Fuel Cell for the utilization of coal mine gas

Apart from natural gas there is another important natural source of methane. The so-called coal mine gas is a by-product of the geochemical process of the carbonization of sediments from marsh woods of the Earth's Carboniferous Period. Methane evaporates from the coal and has to be removed out of the active mines where it represents one of the main safety risks. Methane also evaporates in abandoned coal mines. In the federal state Saarland in Germany exists above ground a more than 110 km pipeline for the drained coal mine gas from 12 different sources. The content of methane varies between 25 and 90%, the oxygen content (from air) is in the range up to 10%. This wide range or variation, respectively, of fuel and oxygen content, causes a lot of problems for the use in conventional engines. Therefore the company Evonik New Energies GmbH is interested in using SOFC with coal mine gas as efficient as possible to produce electric power. For that purpose at Forschungszentrum Jülich the available SOFC technology was adapted to the use with coal mine gas and a test facility was designed to operate an SOFC stack (approximately 2 kW electrical power output) together with a pre-reformer.This paper presents the results of the coal mine gas analysis and the effect on the pre-reformer and the fuel cell. The composition of the coal mine gas was determined by means of micro-gas chromatography. The results obtained from preliminary tests using synthetic and real coal mine gas on the pre-reformer and on the fuel cell are discussed.     

车载燃料重整技术的研究与展望

总结概述了目前的燃料重整技术,包括传统的重整制氢方法如水蒸汽重整、部分氧化重整、自热重整,以及逐渐成为研究热点的等离子体制氢技术.分析归纳了甲醇、乙醇、天然气、汽油和柴油的重整制氢研究,分析了反应机理和重整催化剂的研究进展,提出了各种燃料车载制氢的应用建议,尤其是汽油和柴油的车载应用.     

固体氧化物燃料电池热电联供系统模拟及敏感性分析

本文着眼于产业化实际应用场景,基于20KW固体氧化物燃料电池系统进行建模,并展开系统敏感性分析.敏感性分析范围包括:燃料进口流量对系统性能的影响、汽碳比对系统性能的影响、过量空气系数(λ)对系统性能的影响、燃料利用率对系统性能的影响、电流密度对系统性能的影响、电堆入口温度对系统性能的影响.该工作为系统实际运行及优化提供...