太阳能热化学与燃料电池联合的发电系统

本文提出了一种新型的太阳能与燃料热化学互补的发电系统,集成了太阳能热化学燃料转化过程与固体氧化物燃料电池(SOFC)单元。200~300℃中低温太阳能驱动甲醇热分解反应,将太阳能转化为富氢燃料(H2、CO)的化学能,产生的太阳能燃料用于驱动SOFC燃料电池进行发电,实现了太阳能及甲醇燃料的高效发电利用。同时,采用微型燃气轮机(MGT)对SOFC余热及未反应燃料进行回收,实现动力余热的高效梯级利用,进一步提升了系统的发电效率及能源利用率。设计工况下,系统发电效率达到58.24%,太阳能净发电效率为41.1%。该研究为太阳能和清洁燃料的高效利用提供了新途径。

Ce基太阳能热化学循环的不可逆性分析

太阳能热化学制氢是太阳能利用有效途径,太阳能热化学两步循环通过载氧体的氧化还原反应实现间接分解水制氢,降低直接热解水温度并分步分离氢、氧产物,被广泛关注和研究。目前对于以CeO_(2)/CeO_(2−δ)氧化还原反应对为代表的太阳能热化学循环,系统热力学分析尚停留在能量分析层面,不可逆损失分布及原因仍需进一步探索与研究。本文通过对典型Ce基太阳能热化学循环进行不可逆性分析发现,Ce基太阳能热化学循环基于非化学计量比氧化还原特性,通过增加循环载氧体缓解工作在较低氧压下的真空泵机械损失。氧分压提升引入的循环载氧体增量,导致了高温还原与低温氧化切换过程中的较大加热、冷却不可逆损失,以及与这部分循环载氧体增量有关的辐射损失,严重降低了太阳能热化学制氢效率。降低这部分与氧分压有关的不可逆损失是提升非化学计量比太阳能热化学循环效率的关键。研究结果为太阳能热化学循环高效制氢提供了理论依据。