基于燃料电池的离网住宅混合可再生能源电力系统能源管理系统优化

随着世界工业化进程的飞速发展,不断完善和发展以光伏发电等为代表的新能源能缓解能源危机与环境污染问题。本文分析了储能电池燃料电池以及超级电容的特点,针对偏远地区长期无法并网问题,提出了一个结合超级电容的短效储能与燃料电池长效储能的混合可再生能源电力与能源管理系统,以确保离网用户的电能安全高效稳定运行。系统中电能主要来自光伏发电系统,并将燃料电池系统(燃料电池/电解设备/储氢罐)作为备用系统,以蓄电池/超级电容器为储能系统。另外本文提出的能量管理系统(EMS)能够在供电侧通过优化算法控制电力系统各部件之间的行为模式,保证用户的电压和功率稳定。在需求侧通过需求响应算法,根据电力系统在不同时间和不同运行条件下供能能力,制定包含恒温可调、开/关不间断和可切断等家电的运行策略。最后对本文研究的离网用户储能式电力与能源管理系统进行仿真实验,采用不同光照条件以及可变的负荷数据对提出的离网系统用Matlab进行仿真验证。仿真结果表明,该系统能够实现碳减排的同时保障用电需求,提升系统的经济与环境效益,具有一定的实际意义。

生物质气化高温燃料电池一体化发电技术研究

介绍了国内外生物质气化高温燃料电池一体化发电技术的研究现状,主要包括高温燃料电池的特点和研究现状;一体化发电技术的理论模拟;国外相关的试验研究和一体化示范工程。分析了生物质气化高温燃料电池一体化发电技术在我国应用的可行性,提出了目前需要解决的关键技术问题。

分布式固体氧化物燃料电池发电系统发展现状与展望

能源是工业的粮食、国民经济的命脉。构建以清洁低碳能源为主体的能源供应体系,加速发展新型电力系统是我国实现“双碳”目标的关键举措。固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)分布式发电系统凭借高发电效率、低温室气体排放以及安全可靠的系统保障脱颖而出,展现了下一代新型电力系统广阔发展前景,是世界主要发达国家大力发展和推广的新型分布式发电技术。该文从技术、结构、系统、应用等多个层面对以SOFC为代表的新型电力系统进行梳理;并对综合煤气化燃料电池联合发电技术(integrated gasification fuel cell,IGFC)进行介绍和碳减排分析;最后,针对分布式燃料电池发电系统的发展提出建议与展望。

中国船级社完成船用固体氧化物燃料电池发电系统原理认可

近日,中国船级社(CCS)为中国船舶集团有限公司第七一二研究所(简称“712所”)颁发了船用固体氧化物燃料电池(简称“SOFC”)发电系统原理认可证书。这是国内首次船用SOFC发电系统原理认可,是SOFC实现船舶应用的里程碑,标志着SOFC系列产品在船舶领域的应用迈出了关键一步,起到了行业示范引领作用。

氢燃料电池发电系统排放水的测量与应用探讨

本文介绍了典型的气水分离器的类型,设计了一套适用于氢燃料电池发电系统排放水收集的气水分离装置。同时,测量并分析了排水量受系统功率变化的影响,将搜集的排放水与自来水、矿泉水、蒸馏水在PH值、电导率、溶解氧含量上进行了对比测试,得出排放水属于弱酸性水,水中含氧量较低,纯度高,至少达到三级超纯水的等级,对燃料电池排放水的应用进行了展望。

高温燃料电池—燃气轮机混合发电系统性能分析

针对高温燃料电池系统的高效率、环保性以及排气废热的巨大利用潜能 ,将其与燃气轮机组成混合装置进行发电是未来分布式发电的一种极有前景的方案。文中对高温燃料电池及混合循环系统作了简介 ,并对两种典型的高温燃料电池 -燃气轮机混合循环发电系统进行了性能分析 ,这将为我国高温燃料电池 -燃气轮机混合循环系统的研制提供参考。

燃料电池-燃气轮机混合发电系统性能研究

文章对由燃料电池和燃气轮机组成的混合发电系统的性能进行了分析。该混合系统采用的是底层循环方式,并于常压下工作。分析表明,在设计点工况,混合系统的发电效率为58.7%;在非设计点工况,其发电效率也能达到56%以上。在设计点工况下,混合系统的功率约有80%来自燃料电池电堆,20%由燃气轮机提供。在非设计点工况时,燃料电池发电功率占混合系统总输出功率的比例随着混合系统输出功率的减少而增大;混合系统可以在其输出功率不低于设计点功率80%的工况下运行。

轨道交通用多堆燃料电池发电系统拓扑及系统控制与检测方法综述及展望

在现代轨道交通系统中,采用燃料电池为动力电源是当前的热门研究课题。然而,因为燃料电池单体系统存在功率较低、耐久性不足、系统成本较高等缺点,燃料电池系统在现代轨道交通运输市场的大规模投入使用仍受到限制。为解决这些问题,根据现代轨道交通车辆整体性能要求,该文对国内外多堆燃料电池发电系统技术的研究现状进行梳理、归纳和总结,从多堆燃料电池发电系统拓扑结构和控制、检测方法两个方面,分析不同多堆系统拓扑结构设计和控制、检测方法对轨道交通车辆整车性能的影响,最后对轨道交通用多堆燃料电池发电系统的发展前景和研究方向进行展望。

高温燃料电池与燃气轮机相结合的混合发电系统

高温燃料电池与燃气轮机相结合的混合发电系统具有高效、环保和可靠的特性,这种新颖的混合发电系统在未来分布式发电领域具有广阔的应用前景。有不少专家和学者对其系统构成及匹配、系统性能等问题做了大量研究。目前已有高温燃料电池与燃气轮机混合发电系统成功运行,但仍有很多问题需要进行进一步的研究和探索,以使该混合发电系统早日实现商业化运行。本文综述了高温燃料电池与燃气轮机混合发电系统的研究现状,展望了该混合发电系统在未来的研究及发展前景。

燃料电池-光伏混合发电系统建模与仿真

燃料电池-光伏混合发电系统的动态特性和控制技术直接影响它的动态性能。为了研究发电系统的动态特性,首先建立了燃料电池-光伏混合发电系统的动态数学模型,模型包括燃料电池、光伏电池、蓄电池和DC-DC变换器等部分,得到五阶非线性系统数学模型。采用滑模控制技术设计混合发电系统控制器。最后仿真分析了混合发电系统的动态特性和控制器的性能。在负载和光照、温度等干扰作用下,对3kW的发电系统进行仿真。仿真结果表明滑模控制器能够对发电系统进行有效控制,发电系统具有良好的动态特性,能够满足实际使用需要。

生物质气化—燃料电池发电系统性能分析

建立了基于热力学平衡的生物质气化模型,利用平衡模型分析了气化过程的特性,研究了气化过程的反应规律及各种因素对气化性能指标的影响,详细分析了当量比及物料湿度对气体产物成分及气化产物热值的影响。同时,建立了以生物质气为燃料的固体氧化物燃料电池的数学模型,该模型考虑了燃料电池的能斯特电动势及各种极化损失。利用建立的模型分析了操作参数以及物料湿度和生物质种类对生物质气化—燃料电池发电系统性能的影响。结果表明,生物质气化—燃料电池发电系统的发电效率可达30%,热电联产效率最高可达95%以上。

燃料串/并联的航空SOFC-GT混合系统性能对比分析

固体氧化物燃料电池-涡轮(SOFC-GT)混合系统作为电推进飞机的动力源时,会面临低温低压的大气环境以及对重量有严苛的要求,因此通过优化系统构型使得该混合系统满足航空应用是一种有效的解决方式。为此本文提出了燃料并联和串联的两种SOFC-GT混合系统构型,并从热力循环理论、系统热力学性能以及系统功重比等方面依次对其进行了对比分析。结果表明,并联系统的热力学性能要优于串联系统,对于系统发电效率、比功和功重比分别提高3.32%,113.14%和34.04%,CO_(2)排放率降低3.22%。随压比的提升串联系统的效率存在最优点,随燃烧室温度的提升并联系统的效率持续下降。在空燃比为4~6的变化范围内,串联系统的输出功率变化幅度更大,相对并联系统为116.29%~87.11%。除此之外,虽然SOFC-GT混合系统的功重比相对较低,但基于其优异的效率,在系统能量密度方面整体要优于锂电池,这有利于提升电推进飞机的性能。

混合发电系统中的质子交换膜燃料电池建模及其应用

包含燃料电池的独立混合发电系统很多基础问题与传统发电系统不同,有必要开展进一步的研究。为了研究这类混合发电系统的动态特性,在考虑质子交换膜燃料电池(PEMFC)内部双层电荷层作用和热力学特性的基础上,基于RPM-SIM仿真平台建立了PEMFC动态数学模型。对由柴油发电机、异步风力发电机组和PEMFC构成的小型混合发电系统进行仿真分析,为改善由于柴油发电机出力限制所导致的频率偏移问题,提出功率变换器参考功率的计算方法,利用PEMFC和电解槽作为频率调节单元,系统频率得到很大程度的改善。所做的工作可为进一步研究包括PEMFC混合发电系统的应用、运行与控制提供有益的参考。

以气化煤气为燃料的固体氧化物燃料电池热电联供系统设计

煤炭在相当长一段时间内仍将是我国的主要能源,提高其利用效率对减碳具有重要意义;固体氧化物燃料电池(SOFC)是最高效的能量转化装置,二者结合将实现煤炭资源的最大化利用,助力新老能源的平稳过渡。但传统煤炭气化工厂产出的煤气中灰分、硫等杂质含量高,不能直接作为SOFC燃料,针对煤炭气化和净化过程以及燃料电池发电和热回收系统进行设计与模拟。使用Aspen Plus软件建立煤炭裂解、煤炭气化、煤炭净化、煤气冷却热回收、SOFC发电、尾气燃烧、蒸汽轮机发电、热水供应模块,使用软件内置Fortran模块对煤炭气化和SOFC发电的电化学过程进行建模,最终得到一种适合固体氧化物燃料电池的煤炭气化模块,气化效率为70.1%,该煤气主要含58%CO、32%H_(2),可直接通入燃料电池进行发电。模拟结果显示,该系统在拟定工作条件下,SOFC净发电效率可达37.54%,热水效率为35.11%,系统总体能量利用率可达78.58%。经灵敏度分析发现,采用适当的燃料利用率和燃料流量可有效降低系统运行成本,空气过量比在可选择范围内尽量选大。可实现煤炭的绿色、清洁高效应用。对煤炭气化燃料电池发电技术热电联供系统(IGFC-CHP)的全部过程进行了模型搭建,对IGFC-CHP的实现具有借鉴意义。

一种新型的太阳能燃料电池联合发电系统

为解决日益严重的环境污染和能源紧缺两大难题,开发太阳能电池与燃料电池相结合的联合发电系统,对缓解能源危机、减少化石燃料的消耗、降低大气污染等具有十分重要的意义。分析了这种联合发电系统的可行性,描述了其组成结构及研究现状,并结合我国国情,指出了加快发展太阳能燃料电池联合发电系统的广阔前景。太阳能燃料电池是未来理想的新能源利用方式,对我国电力市场的发展将起到不可估量的作用。

熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)发电系统进展

燃料电池 ,尤其是熔融碳酸盐燃料电池是 2 1世纪最有希望的发电技术。在简要叙述了熔融碳酸盐燃料电池发电系统的发电原理后 ,从以下方面对系统的开发进行了论述 :单体元件 (电极和电解质 )性能的提高 ,燃料的处理 ,余热利用 ,电力调节和并网 ,电池参数 (工作压力、温度、反应气体的组成和利用率、燃料气体湿度 )的控制与优化。介绍了熔融碳酸盐燃料电池发电系统的国内外研究现状 ,给出了天然气外部重整型和内部重整型燃料电池的循环模型。指出熔融碳酸盐燃料电池系统开发面临的主要课题 :延长寿命、降低成本、系统小型化、改善电能质量等 。

探讨我国电力系统发展燃料电池发电的技术路线

简述燃料电池发电技术的特点和应用形式，概述国外燃料电池的现状和发展趋势，总结国外发展燃料电池的经验。论证在我国电力系统发展燃料电池发电技术的必要性，并提出发展燃料电池发电的技术路线。

燃料电池发电系统中功率变换器的研究

针对燃料电池输出电压等级较低变化范围较宽的输出特性,研究了一种新型变换器,该变换器由前级高增益直流变换器与后级交流变换器组成级联结构。高增益直流变换器采用平均电流控制策略,实现了较高增益的升压及稳压功能,且具有较低开关管电压/电流应力;后级交流变换器采用改进型虚拟同步发电机算法,能够快速准确的跟踪负荷变化、实时无误差的调节频率并具有良好的无功电压下垂特性。通过分析可知:仿真时前级直流输出电压一直稳定在700 V,当无功功率增加200 Var时,电压幅值的波动约为0.5 V,逆变器输出频率不随负荷的波动而发生变化,稳定在50.012 Hz;实验时该直流变换器具有较高的电压增益,可达20倍的增益,并能够稳定在期望值50 V附近稳定工作。仿真及实验分析都验证了采用的拓扑电路结构和控制方法的可行性。

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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%.

固体氧化物燃料电池—燃气轮机混合发电系统建模与控制的研究现状与进展

固体氧化物燃料电池—燃气轮机(Solid oxide fuel cell-gas turbine,SOFC-GT)的混合发电系统是未来高效、清洁的发电技术之一,混合系统的建模、优化与控制方面的研究对于系统集成和商业化运行具有重要意义。通过论述国内外在SOFC单电池机理、半经验模型、电池组模型、混合系统模型,以及系统动态模型与分布式发电系统控制等各个层次的研究成果,提出多尺度的自主研发技术路线。发展适合于高燃料利用率和不同燃料组分的单电池机理模型,并简化出更为合理的半经验模型或近似精确解,用于系统级分析;开发具有自主知识产权的部件模型库,进行系统集成设计和匹配优化;遵循V型开发模式,在系统动态特性分析基础上,开发先进的控制算法形成快速控制原型;建立实时控制的硬件在环演示系统,进行SOFC-GT系统的预集成。