冷电联供分布式供能系统的经济运行分析

提出了一种冷电联供分布式供能系统的优化控制模型,该模型可根据冷、电负荷的延时变化曲线,按照经济最优原则制定微燃机的发电曲线.优化模型不仅考虑冷电联供系统与大楼电制冷空调的运行配合问题,还计及了电网购电价格、燃气价格和微燃机上网发电价格等因素对经济运行的影响.以实际的南方地区办公大楼为研究对象,在允许微燃机上网发电的情况下,研究微燃机容量、上网发电价格、燃气价格等因素对冷电联供系统经济运行的影响.     

有源配电网下多能互补协调优化策略研究

首先以冷热电联供系统和有源配电网为基础,以经济调度为目的,建立了一种新型的综合系统。该综合系统加入了风力、光伏等分布式能源。研究了综合系统的协调优化调度方法,基于用户的冷-热-电负荷特性,利用以电运行和以热运行策略混合使用,结合联供系统的运行成本、配电网的网损最小为优化目标,建立了多目标联合优化模型,考虑了电网的分时电价与天然气的费用,对联供系统热电运行出力进行了综合优化。以山东省某示范园区的夏季负荷为例进行分析,验证所提方法能够有效提高联供系统的效率以及能源的利用率,显示了多种清洁能源互补发电的作用和经济优势。     

CO_2近零排放固体氧化物燃料电池冷热电联供系统的性能分析

为了提高SOFC联供系统的综合利用效率和降低CO_2捕集能耗,提出一种基于SOFC循环的CO_2近零排放冷热电联供系统。建立了系统数学模型,给出了设计工况下各点的热力参数值,分析了燃料利用率、空燃比、燃料电池入口温度与工作压力变化对系统性能的影响。结果显示,在设计工况下,SOFC发电效率、联供系统净发电效率和一次能源利用率分别为51.59%、53.84%和72.01%,与没有CO_2捕集的联供系统相比,净发电量降低了3.66%,一次能源利用率降低了2.05%。变参数研究结果显示,随着工作压力的增加,SOFC的发电效率增大,而系统净发电效率和一次能源利用率减小;另外,增加空燃比会降低SOFC发电效率、系统净发电效率和一次能源利用率,所以在保证SOFC在正常工作情况下应选择较小的空燃比。在燃料利用率和阴极入口温度变化中,SOFC的输出功率和输出电压先增加后减少,而阳极入口温度变化对SOFC性能影响较小。     

应用于配电网的冷电联供系统优化运行控制方法

<正>微型燃气轮机冷电联供分布式供能系统是指以微型燃气发电装置为核心设备的综合供能系统,适合直接建造在中、小规模的终端用户,并向用户供电、供冷。冷电联供系统具有能源梯级利用效率高、电能供应可靠、经济效益好、环境友好等优点。优化运行控制策略对于提高冷电联供系统的经济效益,满足一次能源利用效率指标具有重要意义。目前的研究包括"以冷定电"和"以电定冷"策略,"以冷定电"以跟踪冷负荷变化为目标,"以电定冷"方式下,以发电为主,     

冷电联供分布式供能系统能量优化管理

提出了一种冷电联供分布式供能系统的能量管理优化模型.该模型根据示范点各大楼的冷、电负荷预测延时变化曲线,按照经济最优原则制定微型燃气轮机的发电计划.优化模型不仅考虑了冷电联供系统与大楼电制冷空调的运行配合问题,还计及了电网购电价格、燃气价格和微型燃气轮机上网发电价格等因素对经济运行的影响.选取典型月份的冷、电负荷预测数据进行优化计算,并对部分优化结果进行调整,结果表明,根据所提出的模型制定的微型燃气轮机发电曲线能够满足示范工程对系统运行经济性和一次能源高效利用的指标要求.     

微型燃气轮机分布式供能系统的控制

微型燃气轮机分布式供能系统能够实现天然气清洁、高效、灵活利用,目前已得到重视和应用.结合上海紫竹科学园区内分布式冷热电联供系统的实际应用,介绍了一种以天然气为燃料、微型燃气轮机为原动力的分布式冷热电联供系统,详细阐述了冷热电联供系统在供气,发电,供热和制冷方面的控制.     

天然气发电的技术经济分析

围绕天然气发电方式的选择，分别评述了大型燃气轮机联合循环发电机组、燃气轮机热电联供机组以及楼宇冷热电联供机组等技术方案。认为天然气发电的经济性是发展燃气轮机联合循环电站的关键问题，在工程建设和天然气定价时应进行科学论证，合理规划。天然气发电应以大容量高效率燃气轮机发电机组为骨干机型，以降低电厂的能耗和比投资，提高天然气发电在电网中的竞争力。     

冷热电联供系统的三级协同整体优化设计方法

冷热电联供系统能否高效、经济、环境友好的运行,取决于系统的设备选型、设备容量及运行策略的整体优化。文中设计了一种冷热电联供系统的三级协同整体优化方法,第一级优化运用离散粒子群算法,以年一次能源利用率最高为目标,求解最优设备选型问题;第二级优化采用粒子群算法,以年CO2排放量最少为目标,求解最优设备容量问题;第三级优化采用粒子群算法,以年运行成本最低为目标,求解最优运行参数问题。以应用于医院的冷热电联供系统为例,验证该三级协同整体优化设计方法的有效性。结果表明,采用该方法设计的冷热电联供系统同分别基于“以电定热”和“以热定电”运行策略设计的2种冷热电联供系统相比,该系统更节能、更环保、更经济。     

分布式供能系统控制的设计和应用

分布式供能系统是可以布置在用户附近并独立提供电、热或(和)冷的小型模块化能源系统,具有环保高效、使用安全、操作方便等特点。结合上海紫竹科学园区内的冷热电联供系统的实际应用,介绍一种典型的以天然气为燃料、微型燃气轮机为原动力的分布式冷热电联供系统;详细阐述了冷热电联供系统以可编程控制器(PLC)为核心的控制系统的控制功能、结构、硬件和软件组成及其实现方法。     

分布式发电(电源)技术及其并网问题

分布式发电以燃气轮机、微型燃气轮机、燃气发动机等为动力,以天然气、氢气或太阳能、风能、生物质能等为能源,可实现冷、热、电联供,是一种新型的很有发展前途的发电和能源综合利用方式。本刊特约专家撰文阐述发展分布式发电的重要意义,介绍我国分布式发电的一些工程进展情况,分析分布式发电的并网问题以及应用的障碍和瓶颈,展望分布式发电的应用前景。     

基于析因试验的固体氧化物燃料电池热电联供系统设计参数研究

对固体氧化物燃料电池热电联供(solid oxide fuel cell combined heat and power,SOFC–CHP)系统的设计参数进行了研究,该系统由重整器、燃料电池电堆、燃烧室、2个热交换器及其它辅助设备组成。建立了系统的数学模型,以发电规模为70 kWe的系统为研究对象,运用析因试验的设计方法进行了计算机模拟试验,对系统的部分设计参数进行了析因分析。分析结果表明：影响系统发电功率的主要设计参数是燃料利用率和过量空气比率;影响系统热回收和电热比的主要设计变量是燃料利用率和水蒸汽与碳的比率,且这2个参数的交互作用较过量空气比率对系统影响显著;阴极排气再循环比率对系统热、电功率的影响甚微,不是系统的主要设计参数。整个研究工作为SOFC–CHP系统的合理设计提供了指导。     

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.     

Cycle analysis using exhaust heat of SOFC and turbine combined cycle by absorption chiller

The power generating efficiency of solid oxide fuel cell (SOFC) and gas turbine combined cycle is fairly high. However, the exhaust gas temperature of the combined cycle is still high, about 300^°C. Thus, it should be recovered for energy saving, for example, by absorption chiller. The energy demand for refrigeration cooling is recently increasing year by year in Japan. We propose here a cogeneration system by series connection of SOFC, gas turbine and LiBr absorption chiller to convert the exhaust heat to the cooling heat. As a result of cycle analysis of the combined system with 500‐kW‐class SOFC, the bottoming single‐effect absorption chiller can produce a refrigerating capacity of about 120 kW, and the double‐effect absorption chiller can produce a little higher refrigerating capacity of about 130 kW without any additional fuel. But the double‐effect absorption chiller became more expensive and complex than the single‐effect chiller. © 2009 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 167(1): 49– 55, 2009; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20578     

CH_4-O_2型管状固体氧化物燃料电池电性能的研究

研制了管状固体氧化物燃料电池(SOFC)试验系统,电池的结构形式分别是:(一)Pt|YSZ|Pt(+)和(-)Pt|YSZ|La(Sr)MnO_3(+)以CH_4为燃料,O_2为氧化剂气体,对所研制的管状SOFC试验电池的电性能进行了研究.考察了500～700℃温度范围内的电流电压特性和电流功率特性.研究结果表明,甲烷无需经水蒸汽转化,直接送入SOFC试验电池系统,就有明显的电流产生,电池的输出电流和输出功率随温度的升高而显著提高.分析了甲烷在SOFC内直接进行电化学反应的机理,固体电解质可作为离子源或离子接受体,形成反应活性位,控制金属电极催化剂的功函,促进甲烷在阳极的氧化反应.     

Combined carbon‐dioxide‐capturing high‐performance power generation system using a solid oxide fuel cell operating on pressurized fuel/air

The authors recently proposed a high‐performance combined carbon‐dioxide‐capturing power generation system using a solid oxide fuel cell (SOFC) and a closed‐cycle MHD generator, in which pure oxygen is used as the oxidant. This combined system makes the best use of the advantages of combustion with pure oxygen but fails to prevent the efficiency deterioration caused by high power demand for oxygen production. In the present study, the authors modified this previous system and proposed an improved combined carbon‐dioxide‐capturing power generation system using SOFC/MHD characterized by a higher overall thermal efficiency. In this system, pure oxygen is supplied only to the combustor to reduce the power required for the oxygen production, and pressurized air is used as the oxidant gas in the SOFC. The power saving amounts to about 5% of the thermal input, resulting in a very high total thermal efficiency of 67.53% (HHV) or 74.94% (LHV), which is considered to be the highest possible value of the overall thermal efficiency of carbon‐dioxide‐capturing systems. Advantages of the proposed system suggest that it is advisable to continue further research in this direction. © 2004 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 149(4): 21–30, 2004; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20010     

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%。     

高温燃料电池发电系统模拟

介绍了固体氧化物燃料电池的工作原理和发电系统组成，并用稳态模拟软件Aspen Plus对发电系统进行模拟，估算的输入数据及模拟结果与国外类似系统的实验数据非常接近，说明模拟是成功的，为进一步优化燃料电池发电系统奠定了基础。     

日本燃料电池的发展状况

简要地概述了日本燃料电池的发展状况。因燃料电池两电极中均含有贵重金属 (铂 钌 )作催化剂 ,大部分情况需要防止其对一氧化碳的中毒失效。如果含有碱性电解质 ,要考虑除去二氧化碳。碱性燃料电池开发较早 ;高分子电解质燃料电池在家庭及动力电源的应用上取得很大进展 ;磷酸型燃料电池已广泛应用于供电、供热 ;熔融碳酸型燃料电池则非常适合于大规模及高效率的电站应用 ;固体氧化物燃料电池的重点集中于平面基材的研究 ,以降低成本 ,适合大规模生产。在各种燃料电池的研究开发上 ,不单只是利用燃料来发电 ;更重要的是使能源得到合理的充分利用。通过对上述五种燃料电池的性能比较 ,分析了它们今后的发展方向     

管式固体氧化物燃料电池模型研究进展

管式结构是固体氧化物燃料电池一种重要结构类型,在设计和密封方面具有优势。近年来建模成为管式固体氧化物燃料电池研究的一种重要手段,已经发展出各种各样的模型。介绍了电化学模型、综合模型(同时耦合电化学、流动及传热)以及动态模型,比较各类模型优点和不足,指出有必要建立能同时从宏观和微观多层面多角度评价电池的全面模型。     

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。