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。     

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。     

固体氧化物燃料电池及其混合发电系统的现状及开发

固体氧化物燃料电池（SOFC）以其高能量转换效率、高比功率、无运动部件、堆积结构以及环境友好等特点日益受到重视。文章从燃料电池本体以及基于燃料电池的混合发电系统两方面对发达国家固体氧化物燃料电池的发展进行了调查,通过不同国家开发的电池以及混合发电系统的比较分析,对今后固体氧化物燃料电池的发展起到一定的指导作用。基于对燃料电池外形尺寸、进气道的尺寸和形状等电池结构进行了分析,得出不同结构下电池性能的变化,得到了最有利于燃料电池性能的设计参数。研究结果表明,低电流时,随着多孔电极进气道孔径的增加,电池输出电压也降低;而高电流时,电池输出电压先增大后减少,在孔径为5 mm时电池输出电压最大。     

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%。     

煤基近零排放系统中固体氧化物燃料电池本体的模拟研究

煤基近零排放(zero-emission coal,ZEC)系统采用固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)进行清洁高效发电。以西门子发电集团研发的100 kW热电联产(combined heat and power,CHP)管式固体氧化物燃料电池堆为对象,采用ASPEN流程模拟软件借助FORTRAN编程搭建了SOFC本体模型,并依据文献报道的实际运行数据,对模型进行验证分析。结果表明,该SOFC模型具有良好的可靠性,可以用于后续ZEC系统的集成研究。同时该文就不同运行条件对SOFC工作性能的影响进行了分析,发现维持电池功率恒定,电池效率在燃料利用系数为0.8左右达到峰值;在其他条件不变时,增加电流密度会使燃料电池电压下降,燃料消耗量增加,电池效率降低,电池功率在电流密度约为3 500 mA时达到峰值;随着汽碳摩尔比的增加,乏燃料循环流率增加,初级重整炉出入口温度增加,甲烷转化率上升。     

微网中固体氧化物燃料电池的控制策略及特性研究

探讨固体氧化物燃料电池(SOFC)发电系统整体模型及控制策略,并通过仿真验证了其正确性.     

固体氧化物燃料电池的效率分析

固体氧化物燃料电池(SOFC)具有很高的理论能量转换效率,但是目前报道的实际SOFC单体性能远不能达到理论转换效率。从热力学理论及实验数据出发解释了SOFC单体性能远不能达到理论效率的原因,针对电压效率、电流效率和燃料利用率分别提出了相应的改进方法,为SOFC的进一步发展提供理论依据。其中温度对电压效率、电流效率和燃料利用率有重要的影响,提高温度可以提高这三者的值,但是提高温度将降低SOFC的热力学理论效率。     

燃料电池的新进展

燃料电池(FC)是将电气与机械形成一体的一种化学装置,是一种低排放、高效率的环保能源。目前,列为发展重点的有可独立供电并灾害应对功能的FC系统,以及采用生物质气体(biogas)发电的FC系统。在国外市场,还有利用从燃料电池系统排放的低氧浓度气体,用于消防的防火装置。本文以磷酸燃料电池(PAFC)的先进产品FP-100的功能与用途扩展为中心,阐述了作为下一代高效率综合发电系统(Cogeneration system)中的固体氧化物燃料电池(SOFC),并对验证样机进行了设计、制造与性能评定。     

燃料电池3种典型仿真模型的适应性分析

燃料电池是一种重要的分布式电源,根据研究问题的需要,建立繁简适宜的仿真分析模型对于研究其在各种扰动下的动态行为意义重大.文中以固体氧化物燃料电池(SOFC)为例,介绍了SOFC的3种模型,即详细动态模型和忽略燃料电池内部气体分压力变化的2种简化模型.针对不同运行及故障情况,分别采用这3种不同模型对SOFC发电系统进行了仿真,通过对仿真结果的比较,给出了3种模型的适用范围.     

基于混合pi-sigma神经网络的固体氧化物燃料电池建模

针对固体氧化物燃料电池(SOFC)建模难的现状,提出了一种基于混合pi-sigma神经网络建模的新方法.该方法通过在线修正隶属函数和结论参数,使得网络能够自主、迅速有效地收敛到要求的输入和输出关系,从而达到精确建模的目的.利用不同文献的实验数据,分别建立反应气体压力、电池温度、燃料气体组成及燃料利用率多变量的SOFC模型.应用仿真对该建模的有效性和建模精度进行了检验.最后在该混合pisigma神经网络辨识模型的基础上,分析了不同工作参数对sDFC工作性能的影响.     

钙钛矿型SOFC阴极材料的研究进展

阴极是固体氧化物燃料电池(SOFC)的重要部件之一,阴极的性能对SOFC的性能(尤其是低温SOFC的性能)起着决定性的作用,阴极的界面电阻是整个电池电阻的70%～85%.ABO2型钙钛矿稀土复合氧化物是目前最普遍应用的固体氧化物燃料电池的阴极材料,钙钛矿材料的结构特点决定了该材料具有电子-离子混合导电性.对固体氧化物燃料电池阴极材料的催化机理、制备方法、复合梯度阴极进行了详细的描述,并提出了通过改善微结构来提高低温阴极材料的性能是今后发展的主要方向.     

使用不同生物质气的微型燃气轮机性能分析

指出燃气的成分和热值对燃气轮机性能的影响很大,一般情况下燃气轮机只能使用设计指定的燃料,但实际上常常会有燃料成分发生变化的情况。介绍了几种典型的生物质气化后的燃气成份与低位热值。通过模拟计算分析生物质气的热值变化对微型燃气轮机性能的影响规律,分析微型燃气轮机使用非设计燃料的可行性。     

日本NTT开发的小型SOFC现状

<正>随着能源短缺和环境问题成为本世纪全球面临的最重要课题,固体氧化物燃料电池(简称SOFC)由于具有燃料适应性强(可直接使用包括天然气、石油液化气、煤气等碳氢化合物燃料气)、能实现大功率和高效发电(能量转换方式不受卡诺循环限制,能量利用效率也大为提高)及环境友好(几乎不排放任何氮氧化物和硫氧化物,     

H2-CO燃料气对SOFC性能影响研究

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种能量转换装置,使用碳氢燃料,具有很大的发展潜力.为了探究H2-CO燃料气与电极温度、进出口组分、电流密度、功率密度和超电势之间的关系,以期对SOFC的设计和运行提供帮助,建立了三维模型,并通过实验验证了模型的有效性.随燃料流量的增加,电极温度、功率密度、阴极浓差超电势先增大后减小,进出口组分改变量、燃料利用率、阳极浓差超电势减小,电流密度、活化超电势和欧姆超电势增加.H2占比越大,电池性能越好.     

研发固体氧化物燃料电池至关重要

固体氧化物燃料电池 (SOFC)是实现氢能发电经济有效的重要途径之一。它热效率高 ,燃料的适应性大 ,能更好地满足分散 ,移动以及区域供电、供热的需要。     

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。     

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.     

ZrO2基固体氧化物燃料电池中电荷输运研究

分析了以甲烷为燃料气体、空气为氧化气体的固体氧化物燃料电池中电子、氧离子在电池的阴极、阳极和电解质中的输运过程以及电子导电型电极有效反应区结构.具体研究了Pt|YSZ|Ag固体氧化物燃料电池(SOFC)的输出功率与电池运行温度的关系并与实验结果进行了对照,探讨了燃料电池中的主要电荷输运过程与电极有效反应区结构的关系以及它们对电池性能的影响因素.研究表明:在固体氧化物燃料电池中,电解质/电极/气体所形成的三相界面的结构、电极本身的导电性能和运行温度都直接影响电池的性能.     

平板式固体氧化物燃料电池Ni/YSZ阳极上甲烷重整过程实验研究

为了开发甲烷直接内部重整的高效固体氧化物(solid oxide fuel cell,SOFC)燃料电池系统,必须对阳极上甲烷水蒸气重整过程进行详细研究。文中搭建了实验台,对开发的平板式SOFC燃料电池多孔介质阳极上甲烷重整过程进行了实验研究。给出在不同燃料流量和不同水蒸气/甲烷比(S/C)工况下出口气体各组分的摩尔分数和甲烷转化率的分布。实验结果表明工作参数对甲烷的转化率有很大的影响,在相同工作温度下甲烷的转化率随着进口燃料流量增加而降低,因此出口气体中氢气的摩尔浓度也相应降低。另外通过分析实验结果,可见阳极的入口处最有可能有碳形成。