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固体氧化物燃料电池建筑热电联供系统的性能研究燃料电池发电技术是一种先进、清洁的发电技术,其发电机理与传统发电方式不同,其发电效率不受卡诺循环效率的限制,是一种高效的发电设备。
将燃料电池作为建筑物热电联供系统的发电装置,是将高效的能源转换方式与高效的能源利用方式的综合,具有一定的研究价值,该领域的研究对提高能源利用率、改善环境质量等方面都具有重要的意义。
本文首先从热力学角度对燃料电池发电技术进行分析,与传统发电方式进行比较,并且将处于优势地位的两种燃料电池在建筑物中的应用进行对比分析,针对固体氧化物燃料电池( SOFC)在建筑物热电联供系统(BCHP)中的应用这一课题,在以下几个方面进行研究:建立以天然气为燃料的直接内部重整固体氧化物燃料电池(DIR-SOFC)电堆模型,求解并验证模型的可用性,该模型是一个可以被灵活运用到不同的电池尺寸和操作条件下的模拟模型。
在此基础上,模拟DIR-SOFC电堆的性能,分析其性能规律,确定电堆的合理操作区域。
综合DIR-SOFC电堆模型与系统中配套的其他辅助设备模型,集成系统,通过对设计工况的模拟,实现SOFC系统的设计;通过对运行工况的模拟,分析系统的运行情况,形成一套适用于SOFC系统的设计思路和模拟方法。
对SOFC系统的操作参数进行研究,分析预重整操作温度、预重整比率、蒸汽和碳的比率对系统性能的影响,并详细分析控制参数变化对系统性能的影响,提出四种可行的调节控制方法,通过对四种调节控制方法的综合效率、操作区特性、热电调节范围等各项性能指标的分析得出:以电池的操作温度和燃料利用率为控制参数的调节方法和以电池的操作电压和操作温度为控制参数的调节方法更适合用于建筑热电联供系统中。
对SOFC系统进行优化设计,首先建立一个简化的SOFC系统的经济模型,采用指数缩放法处理经济模型中规模与造价的问题,然后从流程结构、设计参数和操作点三方面对系统进行优化设计:在流程结构的研究中,分别对5种不同流程进行模拟,从系统的热、电效率、热电比、初投资和寿命周期费用等方面进行综合评价;在设计参数的研究中,采用多因素析因试验和多变量方差分析的方法,得出燃料利用率、过量空气比率、燃料和空气进入电堆的设计温度为系统的主要设计参数,并分析各个设计变量对系统的技术和经济性能的影响,得到输出变量关于显著影响因素的回归模型,通过等值线图和响应曲面图描述多个非独立变量的变化情况;在系统操作点的研究中,以系统的主要设计变量为优化对象,以寿命周期费用最小为优化目标,采用有约束优化的方法对系统的操作点进行寻优,并逐一放松约束条件,研究不同电流密度条件下,约束条件对系统最佳操作点的影响趋势。
（建筑电气工程）燃料由油与燃气轮机组成的一体化发电系统燃料电池和燃气轮机组成的壹体化发电系统许世森(国家电力X公司热工研究院)[摘要]对各种燃料电池进行了综合比较。
重点介绍团体氧化物(SoFC)燃料电池和微型燃气轮机组成的混合—体化发电系统的构成和特点，简述了其性能和经济性，分析了这种发电技术的发展趋势和应用前景。
[关键词]燃料电池燃气轮机0引言燃料电池从1839年发明以来，就以高效、清洁而闻名。
它是将燃料的化学能直接转化为电能的装置，和常规发电技术相比，其发电效率不受卡诺循环的限制，发电效率可达到50％～70％，被视为21世纪重要的发电方式之—。
但由于和其竞争的燃气轮机发电技术的飞速发展，其商业化的进展缓慢。
直到20世纪90年代，燃料电池在关键技术中取得了—些突破，性能不断提高，目前，国际上磷酸型燃料电池已进入商业化，其它几种燃料电池预计在2005年。
2010年200kW将全面进入商业化。
发电领域内的壹个重要趋势是大型燃气轮机联合发电系统应用的增加。
低于25MW级电站，传统上被用于自备发电和驱动机械，可是，面对全球对电力的各种需求和集中电网出现的问题，为了向用户提供更安全可靠的电力，建设分散电源作为电网的有效补充，已逐渐成为世界能源界的共识。
这预示着燃料电池和小型燃气轮机这俩种高效清洁的分散电源有着广阔的应用前景。
燃料电池在高温和加压下运行，使得燃料电池和小型燃气轮机组成混合式的壹体化发电系统成为可能，而Siemens—Westinghouse经过长期的努力将其变为现实，在2000年7月，成功地开发出220kW加压型SOFC和Micro-Turbine组成的壹体化发电系统，目前正在位于美国Califomia的燃料电池研究中心进行实验。
该装置的开发成功为组成大容量的燃料电池联合循环壹体化发电系统奠定了坚实的基础，说明了燃料电池不仅可作为小容量的分散电源，而且可组成大容量的中心电站，标志着燃料电池进入了壹个崭新的阶段。
中温平板型固体氧化物燃料电池
2012-02-21 12:50:37 | 编辑：| 【小中大】【打印】【关闭】
•项目介绍：
固体氧化物燃料电池（SOFC）是目前正在普遍研究的燃料电池之一，它采用固体氧化物（陶瓷）电解质，在高温（600~900℃）下运行，其高温废热可以用来推动燃气轮机或蒸汽轮机进一步发电，发电效率超过60%。
若再实现热电联产，其能量利用效率可达到80%，因此SOFC是发电效率最高的燃料电池。
SOFC潜在用户有三方面：(1)大型固定电站，可与火电站并网发电；(2)小型分散电站，为居民，办公楼供电；
(3)车船辅助发电设备，或野外军用发电设备。
SOFC可能首先用于小型分散配置电站和启动频率小的移动式电源。
考虑到我国煤和天然气的大量运用，可以认为SOFC是解决我国能源需求和环境压力的最有效途径之一。
中科院上海硅酸所从九十年代开始从事固体氧化物燃料电池的研究。
于2006年底和2007年初先后运行了三个各含60片100mm×100mm阳极支撑电池的大电池堆。
三个堆的开路电压均达到60V以上，平均功率700W，重现性好。
电堆工作温度750℃，峰值功率密度接近0.28W/cm2。
与“九五”的水平相比，在工作温度降低250℃的条件下，功率密度提高约50%。
目前2000W级电池堆发电技术已较为成熟，拟规划建立年产200kW单电池片的生产线，演示运行5～100kW级的电池堆发电系统。
•合作方式：面谈
•资料图片：
图1固体氧化物燃料电池运行系统图2 固体氧化物燃料电池单电池。
高效燃气发电机的开发
佚名
【期刊名称】《上海化工》
【年(卷),期】2012(037)010
【摘要】三菱重工株式会社（MHI）将开始开发三重联合循环发电系统的基本技术，该发电系统将固体氧化物燃料电池（SOFC）和燃气轮机联合循环（GTCC）
发电系统集成为一体。
在日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）的保护伞下，MHI将推出一个为期2年的研究，作为项目的一部分，今年的研究课题名称为“固体氧化物燃料电池的基本技术及三重联合循环系统的开发”。
【总页数】1页(P37-37)
【正文语种】中文
【中图分类】TM621.3
【相关文献】
1.建设燃气-蒸汽联合循环发电机组高效回收和利用钢铁企业煤气资源 [J], 裴宏峰
2.基于GPRS的燃气发电机远程监控系统的研究和开发 [J], 李红雷
3.基于InTouch燃气轮机发电机组监控系统的开发与应用 [J], 于梦竹; 王可
4.基于GPRS的燃气发电机远程监控系统的研究和开发 [J], 李红雷
5.高效的燃气轮发电机组 [J], 思娟
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固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种高效、环保的能源转换设备，其气体系统是实现其正常运行的关键部分。
本文将从气体系统的组成入手，分析和描述固体氧化物燃料电池气体系统的结构和功能。
1. 气体系统的基本组成固体氧化物燃料电池的气体系统主要包括燃料气体系统和氧化剂气体系统两大部分。
1.1 燃料气体系统燃料气体系统主要由以下几个组成部分构成：燃料供应装置、燃料预处理装置、燃料分配系统和循环系统。
燃料供应装置负责将燃料输送至电池堆，确保正常的燃料供应；燃料预处理装置用来去除燃料中的杂质和水分，确保燃料的纯净度和干燥度；燃料分配系统用于将燃料均匀地分配到电池堆各部分，保证电池堆的稳定运行；循环系统则确保燃料在电池堆内的循环，提高燃料的利用率。
1.2 氧化剂气体系统氧化剂气体系统包括氧化剂供应装置、氧化剂预处理装置、氧化剂分配系统和废气处理系统。
氧化剂供应装置用于将氧气输送至电池堆，确保氧气的供应稳定；氧化剂预处理装置则用来去除氧气中的杂质和水分，确保氧气的纯净度和干燥度；氧化剂分配系统用于将氧气均匀地分配到电池堆各部分，保证电池堆的稳定运行；废气处理系统用来处理电池堆排出的废气，保护环境，减少对大气的污染。
2. 气体系统的工作原理固体氧化物燃料电池气体系统的工作原理是通过燃料气体和氧化剂气体在电池堆内的电化学反应来产生电能。
燃料气体通过燃料供应装置进入电池堆，在阳极处发生较为快速的氧化反应；而氧化剂气体则通过氧化剂供应装置进入电池堆，在阴极处与燃料气体反应，从而形成闭合的电路。
在电池堆内，燃料气体的碳氢化合物在阳极处发生氧化反应，生成电子和离子，离子穿过电解质层到达阴极，与氧化剂气体发生还原反应，生成水和二氧化碳，释放出电子。
这些电子通过外部电路流回到阳极，形成电流，从而产生电能。
整个过程中，气体系统的作用是保证燃料气体和氧化剂气体的供应和循环，维持电池堆反应的稳定性和持续性。
3. 气体系统的优化和发展固体氧化物燃料电池气体系统的优化和发展是当前研究的热点之一。
第42卷中国电力科普园地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。
IG-SOFC 发电系统中的煤气化过程与常规煤气化工艺不同，它所需的热量是由燃料电池的阴极排气提供，而不是由煤燃烧提供，避免了燃烧反应中的不可逆热损失，提高了煤气化效率。
该系统的煤气化工艺的另一个特点是在气化过程中吸收了CO 2，使煤气以H 2为主要成分，CO 和CH 4（甲烷）的含量较少。
气化产生的粗煤气进入煤气净化工艺，煤气中的粉尘和H 2S 等杂质被去除。
净化后的煤气在煤气预热器中被加热到900℃，送入SOFC 的阳极。
在SOFC 的阳极通道内，煤气中的CH 4被重整为H 2和CO ，CO 与水蒸汽发生变化反应，生成H 2和CO 2。
按目前的技术水平，SOFC 实际的燃料利用率最高只能达到85%。
SOFC 发电后，其阳极排气温度约为940℃，未反应的燃料在燃烧室中与贫氧的阴极排气燃烧，使反应温度提高，进入燃气轮机发电机，产生电能。
排气压力降至常压、温度为661℃后，进入余热锅炉，产生蒸汽。
余热锅炉的排气（温度约为92℃）再进入冷凝器，将排气中的水蒸汽凝结并分离，用泵增压后送回系统中循环使用。
固体氧化物燃料电池（SOFC ）发电系统示范工程（1）：Sulzer Hexis 公司的SOFC 系统Sulzer Hexis 公司长期以来一直在进行管式固体氧化物燃料电池（SOFC ）发电系统示范工程的开发与运行改进工作，使SOFC 发电系统的许多性能得到了很大的提高，具体指标已达到：（1）运行时间总计超过90kh ；（2）发电量达56MW ·h ；（3）标准电能输出功率为1kW ；（4）电池堆最大电能效率为35%等。
燃气轮机发电系统的建模与仿真研究随着能源需求不断增长，燃气轮机发电已经成为了一种重要的发电方式。
燃气轮机发电系统由气体压缩机、燃烧室、涡轮机和发电机等部分组成。
其中涡轮机是系统的核心部件，负责将高温高压气体的动能转换为机械能，从而驱动发电机工作，实现电能的转换。
针对燃气轮机发电系统的建模与仿真研究，可以为该系统的优化设计和运行管理提供重要参考。
下面对燃气轮机发电系统的建模与仿真研究进行探讨。
一、建模燃气轮机发电系统的建模过程可以分为以下几个步骤：（1）系统分析与功能划分首先需要对系统进行深入的分析，对系统进行功能划分和功能分析，以确定系统中各个部件的工作原理和功能要求。
在此基础上，建立系统的整体模型。
（2）部件建模接着，需要对系统中涉及的气体压缩机、燃烧室、涡轮机和发电机等主要部件进行建模。
可以采用基于物理的建模方法，将各个部件的工作原理和影响因素用数学模型描述出来。
（3）系统集成在完成各个部件的建模后，需要将各个模型相互集成，形成整个系统的模型。
系统集成时需要考虑参数传递、组件接口等因素。
（4）验证与修正最后，需要对建立的系统模型进行验证与修正，以确保模型能够准确地反映实际系统的特性和性能。
可以通过实验数据对模型进行验证和修正。
二、仿真燃气轮机发电系统的仿真可以分为静态仿真和动态仿真两个部分。
（1）静态仿真静态仿真主要用于对系统各部件性能和工作情况的分析，包括燃气轮机性能参数、系统能效、各部件的压力、温度、流量等。
静态仿真可以用于系统的设计和调试阶段，通过改变系统结构、部件参数等方式，分析不同参数对系统性能的影响，优化系统设计。
（2）动态仿真动态仿真主要用于对系统在动态工况下的性能分析，包括系统启动、停止、负荷变化等。
通过动态仿真可以预测系统在不同工况下的工作性能，优化系统控制策略，提高系统运行效率和可靠性。
在仿真过程中，需要对系统的各个参数和变量进行监测和分析。
通过与实际数据进行对比，可以对仿真结果进行修正和调整，确保系统仿真结果的准确性和可靠性。
