固体氧化物燃料电池研究进展

固体氧化物燃料电池是直接将化学能转化成电能的全固态化学发电装置,具有能量转化效率高,无腐蚀,燃料适应性强和寿命长等优点。介绍了固体氧化物燃料电池的阳极、阴极、电解质等核心部件,介绍了固体氧化物燃料电池存在的问题,并对未来发展前景进行了展望。     

计及CLHG-SOFC碳捕集的多能源系统低碳优化调度

为了响应碳达峰、碳中和的发展目标,实现对能源的高效利用,减少CO2的排放,多能源系统引入基于化学链制氢-固体氧化物燃料电池（CLHG-SOFC）的碳捕集技术,以实现在供电供热的同时完成对CO2的捕集。首先,对CLHG-SOFC碳捕集模块的运行机理与能量流动关系进行分析,推导出其净输出功率模型和电碳特性关系。其次,建立计及基于CLHG-SOFC碳交易与碳封存成本的多能源系统低碳优化调度模型。最后,通过算例分析验证了所提模型能够在不同电碳特性运行下实现系统运行的经济性和低碳性。     

燃料电池发电技术

燃料电池是将燃料气、氧化气反应的化学能直接转变成电能的新型发电装置。本文介绍了磷酸型、熔融碳酸盐型以及固体氧化物型的燃料电池工作原理及特点，并对其结构、材料等方面的问题进行研究。     

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。     

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。     

千瓦级固体氧化物燃料电池发电系统的设计与研究

固体氧化物燃料电池因其高效环保被誉为21世纪绿色能源,但是由于电池衰减和系统集成度较低,造成许多余热无法回收利用,导致装置的整体发电效率并未达到理想状态.本文通过以千瓦级固体氧化物燃料电池发电系统为研究对象,建立SOFC三维模型并详细介绍其设计原理与工作过程,加强对核心部件结构自主设计优化,分析电堆在750℃运行的可靠...     

燃料电池与IGCC复合发电是未来煤电的发展方向

介绍了燃料电池与IGCC复合发电的概念,并简述了国内外这一发电技术的进展。指出以煤制氢、燃料电池与IGCC复合发电、液体燃料生产、CO2分离等过程集成的能源系统是“绿色煤电”发展的重要方向。     

分布式固体氧化物燃料电池发电系统发展现状与展望

能源是工业的粮食、国民经济的命脉。构建以清洁低碳能源为主体的能源供应体系，加速发展新型电力系统是我国实现“双碳”目标的关键举措。固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)分布式发电系统凭借高发电效率、低温室气体排放以及安全可靠的系统保障脱颖而出，展现了下一代新型电力系统广阔发展前景，是世界主要发达国家大力发展和推广的新型分布式发电技术。该文从技术、结构、系统、应用等多个层面对以SOFC为代表的新型电力系统进行梳理；并对综合煤气化燃料电池联合发电技术(integrated gasification fuel cell,IGFC)进行介绍和碳减排分析；最后，针对分布式燃料电池发电系统的发展提出建议与展望。     

天然气自热重整质子交换膜燃料电池回热耦合发电系统模拟研究

为研究天然气自热重整质子交换膜燃料电池各级化学反应热的高效利用模式,提出一种耦合利用重整制氢各级反应热与燃料电池余热的发电系统,利用天然气自热重整技术制取富氢合成气,以“温度对口、梯级利用”原则,利用重整子系统各级化学反应热与燃料电池子系统余热逐级加热自热重整用工质水产生高温蒸汽,形成回热系统。通过建立能量、质量、电化学反应方程多物理场耦合的系统模型,分析系统氢气产量与发电效率,并研究进料温度、蒸汽燃料比、空气燃料比对系统性能的影响。结果表明,该系统发电效率为47.41%,较无耦合回热系统提高5.4百分点,适宜的进料温度450~500 ℃,蒸汽燃料比1.75~2.00,空气燃料比2.35~2.65。     

整体煤气化固体氧化物燃料电池混合发电循环的性能分析

介绍了整体煤气化固体氧化物燃料电池混合发电循环(IG_SOFC/CC)的拓扑结构,基于商业软件Aspen Plus平台,建立了IG_SOFC/CC混合发电系统模型,分析了IG_SOFC/CC混合发电系统的性能,分析结果表明该系统具有较高的发电效率。     

新型燃气－氨水蒸汽功冷联供联合循环

基于能的梯级利用原理及氨水工质系统的能量利用特性,将产功与制冷有机结合,提出一种由燃气轮机循环和氨水工质功冷联供循环组成的新型燃气-氨水蒸汽功冷联供联合循环。在系统能量输入及主要参数相同的前提下,将新循环与由常规燃气-蒸汽联合循环和氨吸收式制冷循环组成的功冷联供联合循环进行模拟计算比较,发现新循环的功、冷输出均有增加,热效率和火用效率分别相对提高了6.3%和1.9%。通过火用平衡分析,揭示了新循环的系统性能提高的主要原因在于加热、排烟过程火用损失的大幅减小,证明采用氨水作为底循环工质是将常规燃气-蒸汽联合循环发展为功冷联供循环,提高系统性能的有效措施。     

1000MW机组回热系统[火用]损分布的矩阵方法

热力学第二定律的[火用]分析法,对能量中[火用]的传递、利用、转换的评价提供了统一的标准。根据[火用]平衡关系,对一般的回热系统,列出回热系统中各级加热器的[火用]平衡方程,经过严谨的数学推理,获得通用的[火用]损矩阵方程。结合N1000—25／600／600机组,根据已推导的[火用]损矩阵分布方程简洁方便地计算出该机组回热系统的[火用]损分布和炯效率,为评价回热系统热经济性提供有力的依据。     

单工质低温余热发电循环性能分析

为了提高能源利用的高效性和经济性,推进有机朗肯循环系统在低温余热发电领域的应用。通过建立热力学模型,并用Matlab软件进行编程,调用NIST Refprop数据库,选取六氟丙烷作为循环工质,模拟分析有机朗肯循环系统各方面性能。在采用循环输出功率、㶲效率和热效率等热力学指标研究系统热力性能的基础上,分别采用换热面积和CO₂年减排量作为评价系统经济性能和环保性能的指标。研究结果表明：单变量时,在冷凝压力为150 kPa时能保证系统性能达到最佳。多变量时,热源温度提高会使经济性能大幅度降低,而系统的热力性能和环保性能有所提高,综合考虑可取热源温度为155 ℃~185 ℃;当系统各性能分别保证最佳时,蒸发压力随热源温度呈现不同形式的变化,但始终不超过3350 kPa。     

回热式压缩空气储能系统改造与分析

为降低储热介质成本,基于以矿物油储热的绝热压缩空气储能系统（A-CAES）,增设供热压缩机以降低储热温度,进而提出以水为储热介质的新型热电冷联产的压缩空气储能系统。建立改造后的系统模型,采用热力学方法对设计工况下两系统进行了计算,比较了供热压比（2.4~3.8）与换热器效能（0.6~0.9）变化时热电冷联产系统的性能参数。结果表明,热电冷联产系统的储热温度大幅降低,实现了储热介质的改变;与原系统相比,热电冷联产系统电耗率基本不变,热效率、效率分别提高约14%、2.6%;供热压比变化对系统性能及设备损影响较小,换热器效能变化对系统效率、损有显著影响。     

太阳能光-热-电转换利用系统的分析

在太阳能光-热-电转换利用的"三环节理论"模型的基础上,对太阳能光-热-电转换利用进行了(火用)经济学分析,并与常规火力发电的(火用)经济学作了对比,提出了化石能源的稀缺(火用)价值和环境成本的观点.探讨了聚焦型太阳能集热器的设计参数对太阳能光-热-电转换利用系统中单位输出(火用)价Cu的影响.     

给水加热型联合循环系统(火用)分析研究

根据我国传统火电厂的实际情况，研究探讨给水加热型联合循环更新技术对火电厂进行系统升级改造问题，该文在ASPEN PLUS模拟给水加热型联合循环系统基础上，采用图像Yong分析方法对给水加热型联合循环系统进行了深入的研究，揭示出引起循环系统Yong损失的内部现象，并提出了系统进一步改进的建设性方案，为传统火电厂的系统升级改造、方案设计提供了理论依据。     

一种乏气压缩再循环有机朗肯循环系统热力特性分析

为使蒸汽余热更高效转化为有用功,在简单有机朗肯循环(organic Rankine cycle,ORC)基础上,利用乏气增压装置,并对冷凝器内部空间重新布置,提出一种新型乏气压缩再循环ORC系统(compression recycling,CR-ORC)。以423.15K余热蒸汽为热源,选取5种低沸点有机工质,采用Aspen Plus软件对简单ORC系统和CR-ORC系统进行模拟,并对模拟结果进行对比分析。结果表明,提高蒸发压力p3可有效提高两系统的热力性能,且当p3=1.5MPa时,采用工质R600a的CR-ORC系统总输出功较简单ORC系统可高出7589kW;受不同工质临界温度影响,工质R123的最佳驱动压力p7为0.6MPa,而其他4种工质最佳驱动压力p7为0.7MPa,且在最佳p7下,采用工质R600a可获得最大总输出功22663kW,最大循环热效率和㶲效率分别为22.6%、77.2%;在CR-ORC系统中,随乏气分流系数a增加冷凝器㶲损失逐渐减少,当a大于0.3时,冷凝热完全被回收利用,若采用R123作为工质,系统较简单ORC系统最高可减少7786kW的冷凝器㶲损失。     

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。     

煤气化制氢及氢能发电试验系统

氢能是一种高效洁净、理想的、极有前途的二次能源。“绿色煤电”计划将建立2MW的氢能试验系统,进行煤气变换制氢、氢能发电、CO_2利用的试验研究。介绍2MW氢能发电试验系统的设计方案:煤气化工艺采用西安热工院的两段式干煤粉加压气化技术,CO变换工艺采用中温耐硫变换工艺,脱碳工艺经比较采用变压吸附工艺,提纯的氢气用于高温燃料电池发电和氢燃气轮机的燃烧试验,CO_2作为商品销售。煤气变换提纯后CO_2体积分数小于0.2%,H_2体积分数大于99%,燃料电池发电效率达60%以上,系统CO_2达到零排放。煤制氢及氢能利用技术具有广阔的应用前景。