基于SOFC的功冷联供系统热力学特性分析

为提高固体燃料电池(solid oxide fuel cell, SOFC)的能源综合利用效率,提出一种基于SOFC循环、燃气轮机和吸收式制冷机的功冷联供系统。建立联供系统的热力学模型,给出设计工况下的热力学参数,对联供系统进行模拟分析。结果表明,在设计工况下,燃料电池发电效率、联供系统总发电效率和功冷联供效率分别为46.81%、54.53%和72.24%。燃料电池进口温度为620 ℃时,联供系统取得最大总发电效率和功冷联供效率,分别为54.66%和72.42%;在燃料电池进口温度为600 ℃时,联供系统输出制冷量最多。     

基于SOFC的功冷联供系统热力学特性分析

为提高固体燃料电池(solid oxide fuel cell, SOFC)的能源综合利用效率,提出一种基于SOFC循环、燃气轮机和吸收式制冷机的功冷联供系统。建立联供系统的热力学模型,给出设计工况下的热力学参数,对联供系统进行模拟分析。结果表明,在设计工况下,燃料电池发电效率、联供系统总发电效率和功冷联供效率分别为46.81%、54.53%和72.24%。燃料电池进口温度为620 ℃时,联供系统取得最大总发电效率和功冷联供效率,分别为54.66%和72.42%;在燃料电池进口温度为600 ℃时,联供系统输出制冷量最多。     

中科院研制成功5kW固体氧化物燃料电池系统

正中国科学院上海硅酸盐研究所的研究人员成功研制出5kW固体氧化物燃料电池(SOFC)系统,并开展了演示运行。该系统采用了190片20cm×20cm单体电池,以液化天然气为燃料,输出功率为4.77kW,发电效率为36.5%,热电联供综合能量利用率达74.6%。研究人员突破了平板型大尺寸电池片、金属连接板、高温密封材料等关键部件的批量生产     

直接内部重整固体氧化物燃料电池的性能模拟

为了研究固体氧化物燃料电池系统的输出性能,建立了直接内部重整固体氧化物燃料电池(DIR-SOFC)的集总参数模型,应用Matlab软件求解模型,并对燃料电池的各相关性能参数进行分析.模拟结果表明:在常燃料利用率条件下,燃料电池的输出电压和电流密度呈线性关系,输出功率和电流密度呈抛物形关系;在常燃料、空气输入条件下,随着燃料利用率的增大,燃料电池的电流密度逐渐增加、电压逐渐下降,且电池的效率和功率存在极值点.     

固体氧化物燃料电池微型热电联供系统的动态仿真

建立了固体氧化物燃料电池微型热电联供系统动态模型,并以该模型为基础,对系统的动态性能进行了仿真.仿真结果表明,所建模型可以很好地反映固体氧化物燃料电池微型热电联供系统的性能;系统中部件之间的相互影响是决定系统动态特性的重要因素;系统中具有几种不同时间尺度的动态过程.     

三类固体氧化物燃料电池发电系统热力学分析

建立了适用于发电系统的直接内部重整固体氧化物燃料电池(SOFC)的数学模型,对以CH4为燃料的3种SOFC发电系统进行了热力学分析.为提高整个系统的发电效率,采用煳的概念对系统中热力设备的可用能损失进行了分析.计算结果表明,对于由SOFC和燃气轮机组成的联合发电系统,其发电效率可达60%,整个系统的联合热电效率约为80%.     

热电联供用纯氢燃料电池系统主机架模态分析

为了正向开发纯氢燃料电池热电联供系统,对燃料电池系统各模块进行集成,并利用UG对支撑燃料电池系统各模块的主机架进行模态分析。以某10 kW纯氢燃料电池热电联供系统为研究对象,首先,对燃料电池系统各模块进行空间设计与集成;其次,利用模态有限元分析对支撑燃料电池系统各模块的主机架进行结构仿真,得到热电联供用纯氢燃料电池系统主机架的前六阶模态参数,同时分析空压机、水泵等激励对主机架整体构架的影响。结果表明:激励源能够在控制方式和安装位置方面避开共振的发生,热电联供用纯氢燃料电池系统主机架设计合理,具有较强的稳定性和可靠性,为后续设计及优化提供理论参考依据。     

基于燃料电池的分布式热电冷联供总能系统

高温燃料电池具有发电效率高、燃料适应性强、余热温度高和环境友好等优点,因而,发展基于高温燃料电池的分布式热电冷联供总能系统具有重要的研究意义和良好的应用发展前景,可望为解决我国日益严峻的能源与环境问题开辟新路.介绍了分布式热电冷联供总能系统的工作原理、主要类型、特点及发展现状,提出了一种基于高温燃料电池的热电冷联供总能系统的构成原理,并对该总能系统进行了分析,为发展适合我国国情的分布式热电冷联供总能系统提供参考.     

基于LNG冷与燃料电池余热利用的TRCC串联系统

提出一种基于固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell, SOFC)和跨临界二氧化碳循环(transcritical carbon dioxide cycle, TRCC)的联合发电系统,采用跨临界二氧化碳循环来回收SOFC的排气余热,同时利用了LNG冷量。建立该系统的数学模型,分析参数变化对系统性能的影响。结果表明,在设计条件下, SOFC、TRCC和整个系统的热效率分别为64.2%、22.4%和74.1%,系统热效率随着燃料电池入口温度增加而增加,以及水蒸气碳比的增加而降低;系统热效率随着TRCC的透平入口压力的升高而升高。     

基于LNG冷与燃料电池余热利用的TRCC串联系统

提出一种基于固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell, SOFC)和跨临界二氧化碳循环(transcritical carbon dioxide cycle, TRCC)的联合发电系统,采用跨临界二氧化碳循环来回收SOFC的排气余热,同时利用了LNG冷量。建立该系统的数学模型,分析参数变化对系统性能的影响。结果表明,在设计条件下, SOFC、TRCC和整个系统的热效率分别为64.2%、22.4%和74.1%,系统热效率随着燃料电池入口温度增加而增加,以及水蒸气碳比的增加而降低;系统热效率随着TRCC的透平入口压力的升高而升高。     

Overall efficiency optimization of controllable mechanical turbo-compounding system for heavy duty diesel engines

A controllable mechanical turbo-compounding (CMTC) system including continuously variable transmission (CVT) and power turbine bypass valve is proposed to recover waste heat from engine exhaust. The combined matching principle considering swallowing capacity of both charging turbine and power turbine, main gear ratio is investigated at first based on the analysis of individual influence. Then the effects and strategies of CVT and power turbine bypass valve are studied for better performance under off-design conditions. At last, the transient response of intake pressure of engine with CMTC system is researched and the fuel saving potential is tested under driving cycle conditions. The results indicate that the overall fuel efficiency elevates at the off-design conditions if CVT is adopted due to the improvement of power turbine operating efficiency by speed modulation. The diversion of exhaust through power turbine bypass valve under the low load condition is necessary. The back pressure of the charging turbine infuences the transient response of intake pressure for a fixed CMTC configuration. A method featured by the assistance of power turbine bypass valve is tested to improve the transient response of the intake pressure. The fuel consumption reduces by 2% and 3.4% under highway fuel economy test (HWFET) and Tianjin 503 (TJ503) driving cycles respectively.     

5 kW质子交换膜燃料电池堆之气体与水管理系统

开发了一个气体与水管理系统,藉以配合5kW质子交换膜燃料电池堆(Ballard 1310),使燃料电池的发电效率提升,并应用在小型运输工具之辅助动力装置(APU).气体与水管理系统包含4个子系统:氧化物供应系统、氢气供应系统、冷却系统与控制系统.原设计之各子系统中,感测组件过多以及管路过长,易出现热耗散及不均匀的现象,使供应气体温度下降.在新的简化设计中,减少各系统中的感测组件及缩短的管路,能有效提升供应气体之温度,提升燃料电池的性能.此外,电池效能会被在不同负载下的气体相对湿度与氢气消耗量影响,氢气消耗量在负载100A时较负载10A时多44%,故分析氢气于各负载下的消耗情形与气体相对湿度,有助于设计理想的氢气再循环机制,而提升氢气的使用效率.为使总输出功率可达10kW,后续工作将以另一5kW燃料电池堆系统与原系统结合二极管做串并联组装,且因两电池堆之效能输出几乎一致,故全系统将可进行长时间且稳定之高功率输出.实验结果显示在空气进口温度51℃与相对湿度54%时,电池堆最理想效能可达到65.5%.     

分布式能源系统及其运行特性分析

介绍了日本某学术研究都市的分布式能源系统所采用的发电技术和余热利用系统,并对此系统的历年运行数据进行了分析.通过分析发现,燃料电池的余热利用效果不理想,其综合能源利用效率低;而燃气内燃机的余热利用较好,综合能源利用效率达到60%以上.因此提高整个系统的余热利用率是该系统优化运行的重要课题.     

利用凝汽器循环水废热的热泵站用能分析

为了研究热泵回收电站凝汽器冷却水废热的用能情况,采用能流图分析了不同驱动能源的热泵站回收循环水废热的一次能源利用系数．结果表明：电动热泵供能系统总效率虽然仅比汽轮机热泵站总效率低2％,与燃气轮机热泵站持平,但电动热泵站牺牲了45．79％的发电量,若发电效率或热泵机组制热性能系数降低,可能出现本电站发电不够用的情形．而汽...     

Green heating: Theory and practice

Energy conservation in heating systems has great influence on overall sustainable development strategy. Heating technology, especially combined heat and power(CHP, cogeneration), has been attracting increased interest and rapidly developing in recent years. However, the theoretical potential of heating from the perspective of thermodynamics has not been clearly illustrated. This paper presents a theoretical analysis of heating systems based on the 1st and 2nd laws of thermodynamics using the specific fuel consumption(SFC) analysis method, clarifies the theoretical potential limitation of heating systems and illustrates the process of reversible heating on the basis of the total energy system. A novel concept(green heating, GH) and a new indicator(green-heating index, GH Index) are scientifically defined to characterise different options for heating and to quantitatively evaluate their fuel consumption levels. Thereafter, the fuel consumptions of four typical space heating modes are compared and discussed to present the application of GH theory and validate the power of the proposed concept and index. Furthermore, two different CHP technologies are analyzed with an instantiation case, and a novel CHP system is recommended, which may scientifically support the development of heating technology and further improve the processes of energy-saving and CO2 reduction.     

膜式溶液除湿空调与二氧化碳跨临界循环热泵一体化系统性能研究

以氟利昂为工质的热泵驱动的直接接触式溶液除湿空调存在送风携带除湿溶液的问题,且这类工质容易破坏环境. 本文提出了膜式溶液除湿空调与二氧化碳跨临界循环热泵一体化系统 ,并建立该系统的理论模型. 将该系统应用在广州某酒店并进行模拟分析,结果表明一体化系统性能系数EER为8.8,除湿效率η为0.65 在满负荷运行状态下,对比研究了“一体化系统+干式风机盘管的温湿度独立控制空调系统（THIC）”和“传统风机盘管+新风空调系统” 的设计及性能差异,两类空调系统的主要设备总功率分别为74.3 kW、90.5 kW,基于THIC理念的空调系统比“传统风机盘管+新风空调系统”电功率低21.3%.     

Simulation and optimization of SOFC-BCHP system

As the prime motor of dispersed energy system, the high-temperature solid oxide fuel cells (SOFC) are high efficient with large heat recovery. This study presents a simulation of SOFC building-based cooling, heat and power (BCHP) system, which can meet basic requirements in power and heating (cooling) of the designated customers. The peak power load can be met by power grid, while the peak heating (cooling) load requirement can be met by backup equipments. In order to solve the economic dispatch problem of the energy system, a restricted nonlinear optimization model has been developed. The production costs can be minimized via both the equality constraints of customer’s heat and power demands, and other inequality constrains of equipments’ capacities. The sequential quadratic programming method has been used to search the solution. The study indicates that the model can be used to optimize the system’s capacities and run strategy. An office building case has been computed, and it is indicated that the model can be served in design and optimization of SOFC-BCHP system.     

烧结余热发电系统的热力学分析和系统优化

提高余热利用率和发电净功率是余热机组优化设计与运行的目标。通过对济钢烧结厂余热发电系统热平衡和平衡计算及结果的分析,指出了降低余热锅炉出口废气损和内部换热损可有效提高余热利用率和增加汽轮机输出有用功,提出了热力循环系统的改进方法。通过编程分别对两种余热发电热力循环系统的余热利用率、余热损和发电净功率进行了计算对比分析,研究了三种技术指标随主蒸汽压力的变化规律,确定了余热锅炉主蒸汽压力的选择范围。上述研究结果可为低压余热发电系统的优化设计与运行提供较为科学的依据。     

电气化铁路瞬时无功信息检测及动态无功补偿系统

介绍了采用瞬时无功理论实时检测电气化铁路的无功信息,用快速响应的磁阀式可控电抗器配合并联电容器组快速调节系统的无功功率,可以减小系统无功潮流.该动态无功补偿系统还具有平滑调节无功功率、造价低、可靠性高等优点.     

空气源热泵蓄能热气除霜新系统与实验研究

针对空气源热泵在除霜时室内环境热舒适性恶化、机组除霜可靠性差等问题,基于能量的时空合理利用理论,将相变蓄能装置引入到热泵系统中,提出空气源热泵蓄能热气除霜新系统.把热泵平时高效运行时的余热转存到蓄热器内,使之作为热泵除霜工况下的低位热源,从根本上解决了热气除霜时能量来源不足的问题.介绍了空气源热泵蓄能热气除霜实验台,对传统热气除霜系统与蓄能热气除霜新系统的除霜特性进行了对比实验,实验结果充分表明了蓄能热气除霜新系统的优越性.