Thermodynamic model and analysis of hybrid power installations built around solid-oxide fuel cells and gas-turbine units

A thermodynamic model of a high-temperature solid-oxide fuel cell is constructed on the basis of the thermodynamic laws of gas mixtures. The model is calibrated to the parameters of an experimental high-temperature solid-oxide fuel cell using an electric load factor. A parametric analysis of hybrid power-generating installations is carried out using a gas-turbine unit’s thermodynamic model verified for an aircraft-derivative gas-turbine unit in the 1–10 MW scale of power capacities.     

考虑直吹式钢球磨电耗的厂级负荷优化分配

已有的厂级负荷优化分配研究,只单一从煤耗角度,或者从煤耗与某些实际要求结合的角度,如综合考虑快速性或污染排放数量最优。但对于装备直吹式钢球磨煤机的火电厂,分配指令可能引起投运成本,也即厂用电量高并未进行研究。因此,针对此类高电耗量的磨煤机,提出一种综合考虑磨投运成本与总煤耗量的厂级负荷优化分配策略,并基于在混合策略与编码策略两方面进行改进的遗传-禁忌混合算法实现,以确保煤耗量与磨煤机厂用电量二者达到综合最小。最后通过对某厂4 300 MW机组仿真说明提出的厂级优化分配策略,以及成本计算与优化算法的有效性。     

Hybrid fuel-cell strategies for clean power generation

A hybrid power system consists of a combination of two or more power generation technologies to make best use of their operating characteristics and to obtain efficiencies higher than that could be obtained from a single power source. Since fuel cells directly convert fuel and an oxidant into electricity through an electrochemical process, they produce very low emissions and have higher operating efficiencies. Hence, combining fuel cells with other sources, the efficiency of the combined system can be further increased or extend the duration of the available power to the load as a backup power. In this paper, different types of fuel-cell hybrid systems and their applications are presented. An analysis of the combined cycle operation of a solid oxide fuel cell (SOFC)-microturbine is presented. A strategy for combining the thermophotovoltaic power generation unit and SOFC to obtain the hybrid power system that would have higher efficiency is proposed. The hybrid operation of wind power and solar power system with proton exchange membrane fuel cell is also presented.     

Calculating the efficiency of a hybrid power station employing a high-temperature fuel cell

We present equations for calculating the efficiency of a hybrid power station that consists of an electrochemical generator constructed on the basis of high-temperature fuel cells and a gas turbine. The equations were used to analyze the effect the density of current through the fuel cells and the fuel utilization ratio in them have on certain technical characteristics of the hybrid power station.     

基于超级电容的混合动力防爆无轨胶轮车的仿真分析

目前,为了降低煤矿井下柴油机无轨胶轮车的尾气排放和噪音污染,正在逐步引进防爆电驱动无轨胶轮车。针对防爆电驱动无轨胶轮车普遍存在的车身重、续航里程短、适应性差的问题,采用超级电容与防爆锂离子蓄电池并联混合作为防爆无轨胶轮车的动力源,对影响防爆车辆燃油经济性和动力性的关键因素进行了研究。结果表明,采用超级电容与防爆锂离子蓄电池并联混合动力后,与原先采用柴油机时相比,防爆胶轮车的燃油经济性提高了 21.8%,动力性提高了23.3%。     

混合动力车用电化学能源系统

对混合动力车用电化学能源系统的技术要求和各种电化学能源——蓄电池、超级电容器、燃料电池、阀控超电池等的优缺点作了简要的论述。从电性能、安全性和价格等方面综合考虑,认为MH-Ni电池、混合型超级电容器(CK/OH溶液/NiOOH)作为混合动力车的辅助能源是目前合理的选择。     

低温型燃料电池混合发电系统的半物理仿真

针对低温型燃料电池运行状态对电池性能和寿命的影响,建立了基于机理的质子交换膜燃料电池的电气模型,给出了采用电化学方程的质子交换膜燃料电池半物理混合发电系统电气特性的模型结构、优化、仿真和实验,为低温型燃料电池混合发电系统的研究提供了一个实际工程应用模型。     

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。     

计及多堆燃料电池效率特性的氢储混合系统协调优化控制方法

针对传统多堆燃料电池的控制方法难以解决系统全功率范围高效运行与暂态电压稳定的问题,提出了一种计及多堆燃料电池效率特性的氢储混合系统协调优化控制方法,分为系统优化分配层与装备协调控制层。在系统优化分配层,提出了一种优化分配与轻载运行策略,以多堆燃料电池系统的效率最优为目标求解全功率映射集合,实现多堆燃料电池功率的优化分配,并避免燃料电池运行于轻载区间;在装备协调控制层,提出了一种燃料电池和电池组暂态功率快速平衡控制与稳态能量互补方法,实现两者之间暂、稳态的能量互补,抑制系统直流母线电压波动,提高系统的运行稳定性。基于Simulink平台进行算例分析,结果验证了所提协调优化控制方法的可行性与正确性。     

管型固体氧化物燃料电池技术进展

叙述了以阴极、阳极、电解质、多孔陶瓷为支撑体的各类管型固体氧化物燃料电池(SOFC)的研发现状;介绍了西门子-西屋动力公司发展管型SOFC热电联供和联合循环发电技术的进展.发展以管型SOFC为主体的联合循环发电-热电联供的洁净能源供应系统,可提高以煤、天然气等燃料的发电效率,形成用户端的直接电、热、冷联供网络.     

混合型燃料电池汽车电力系统的设计与仿真

介绍了一种混合型燃料电池汽车电力系统的开发与设计,分析了燃料电池的电压-电流特性,给出了燃料电池的模型参数,通过仿真计算,对燃料电池汽车电力系统的运行模式进行了分析。实验验证了所设计的电力系统能满足基本的运行要求。     

计及多种分布式能源的交直流混合电网建模与仿真

交直流混合配用电技术能够妥善解决分布式新能源和储能系统接入以后的系统稳定问题,是国际配用电研究领域的重要发展方向。本文为了分析交直流混合电网的特性,首先分析总结光伏发电、风力发电、储能电池、燃料电池和微型燃机的工作原理;在此基础上,在PSCAD中分别建立相应的仿真模型;最后构建交直流混合电网的仿真模型进行仿真分析。通过仿真分析,验证模型的正确性,进而获得交直流混合电网的稳态特性和故障特性,为交直流混合电网的深入研究奠定理论基础。     

一种人工神经网络算法在燃料电池中的应用

提出一种基于人工神经网络的燃料电池混合动力系统。该系统采用两级循环控制,第一级采用神经网络控制,以实现能量跟踪的最大化,在不同的日光、温度和负载条件下提取最大的可利用能量;第二级采用实时/反应能量控制器,通过控制进入燃料电池堆的燃料,同时发送控制信号到能量条件子系统,以满足系统对反应能量的需求。通过时域仿真可知,该系统对混合动力系统稳定有效。     

基于斑点鬣狗优化算法的多储能混合系统管理策略

本文为了管理和分配基于混合质子交换膜的燃料电池、蓄电池储能和超级电容器之间的功率分配,以改善多储能混合系统的性能并减少燃料消耗量为目标,提出一种基于斑点鬣狗优化算法的多储能混合系统能量管理策略,并将本方法与黑猩猩优化算法、基于人工生态系统的优化算法、海鸥优化算法、黑雁优化算法和郊狼优化算法进行了比较,结果表明,相对于其...     

家用混合发电系统的能量优化控制策略

家庭负载频繁出现瞬间的峰值功率需求,由燃料电池/蓄电池组成的混合发电系统是最清洁和高效的发电方式之一.燃料电池仅满足基本负载,由蓄电池放电以满足瞬间的峰值功率需求.研究了一个60 kW家用混合发电系统,该系统由质子交换膜燃料电池(PEMFC)和阀控铅酸蓄电池组成,设计为10个家庭同时供电.在保证系统可靠性和持久性的同时,为了提高整个混合发电系统的工作效率和燃料经济性,在系统仿真和分析的基础上详细描述了一种基于规则的能量优化控制策略.仿真实验结果表明,与燃料电池单独供电相比,60 kW混合发电系统通过优化2种能源之间的功率分配,能够在响应负载的同时提高整个发电系统的工作效率和燃料经济性.     

燃料电池发电机电源管理及控制系统设计

本文介绍了1kW混合动力质子交换膜燃料电池发电机的基本组成,设计了燃料电池发电机的电源管理系统及其控制系统。该设计通过简化电路拓扑结构,改进了传统的燃料电池Discharge(瞬时放电)电路;通过蓄电池提供瞬时峰值电流,改善了燃料电池混合动力发电机的实时供电能力。为燃料电池混合动力发电机系统控制的研究提供了一个可靠的硬件平台。     

混合装置中高温燃料电池建模综述鲻

由于高温燃料电池发电不受卡诺循环的限制 ,能量转换效率高 ,污染比较小 ,排气温度较高 ,因此将燃料电池与燃气轮机组成混合装置在未来分布式发电领域具有广阔的前景。为了降低研发项目的风险 ,以及对其性能进行深入研究 ,混合装置的建模和仿真成为一种重要的研究手段之一。概述了高温燃料电池的早期模型、细化模型、整体“堆”模型以及控制方面模型 ,重点介绍了典型模型的建模思想和主要的方程 ,为实现燃料电池 燃气轮机混合装置的建模仿真做准备工作。     

火电厂应对高硫煤的措施探讨

对火电厂应对高硫煤的主要措施进行了介绍和分析,提出对于燃料硫含量普遍超出脱硫系统承受能力的电厂,宜采用对脱硫装置进行增容改造的方法,而对于只有少量的燃料硫含量超出脱硫系统承受能力的电厂,宜采用高效脱硫剂或脱硫添加剂的方法来应对高硫煤.     

复合式燃料电池供电系统

提出了一种新型的复合式燃料电池供电系统.它是由燃料电池、蓄电池、单向变换器、双向变换器和逆变器构成.根据燃料电池的特性,提出了复合式全桥三电平LLC谐振变换器和三电平Buck/Boost双向变换器分别作为系统的单向和双向变换器运用于系统中.该结构可以优化能量管理,在冷启动过程由蓄电池向负载供电,而燃料电池不供电,系统易于冷启动;在负载突变时,可由蓄电池提供或吸收动态能量,使得系统具有很好的动态特性;在过载时,燃料电池仅提供额定功率,而过载部分能量由蓄电池提供,燃料电池的功率等级只需按照系统额定功率进行配置,从而降低整个系统的成本.最后在实验室中完成了一个1kW复合式燃料电池供电系统,并对系统进行实验研究,以验证理论分析的正确性.     

Clean burn: hydrogen engine emission management

The concerns over atmospheric pollution and dwindling petroleum supplies continue to stimulate research on new, clean, and fuel?efficient vehicle technologies. Electric vehicles have not been accepted by the general public due to the high cost of batteries and limited range. Although hybrid electric vehicles with gasoline or diesel engines have addressed the problem of limited vehicle range and reduce emissions, they still discharge emissions and consume petroleum. Hydrogen fuel cells are being considered as an ideal candidate for future vehicles, due to their high efficiency and near-zero emission. However, fuel cell vehicles are thought to be more of a long-term reality because of their high cost and low reliability. Compared with using the fuel cell as a power source, the hydrogen internal combustion engine achieves economic feasibility. Based on existing engine technologies, the hydrogen engine can be a low-emission, low-cost, and practical alternative in the near future to compete with the fuel cell. Many research achievements have indicated that the potential for the hydrogen engine to operate as clean and efficient power source for vehicles is well established.