煤炭地下气化与高温燃料电池联合发电系统

能源是国民经济和社会发展最重要的战略资源之一,而煤炭一直是我国的主导能源,介绍了煤炭洁净利用的相关技术和发展概况。认为煤炭开采中废弃的资源和不适合直接开采的煤炭资源,正好适合煤炭地下气化技术的发展。而发展煤炭地下气化技术,可以有效利用资源。以煤炭地下气化气体为燃料,实现与高温燃料电池发电技术联合,建立分布式电站,可提高资源利用效率,减少环境污染,也是未来能源综合利用的方向,具有十分广阔的发展前景。

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。

整体煤气化燃料电池联合发电(IGFC)技术研究进展

整体煤气化燃料电池联合发电技术(IGFC)是一种新型煤基洁净高效发电技术,不考虑热电联供的情况下,发电效率达60%以上,可有效控制污染物的排放,为CO_(2)捕集和回收创造了条件,可实现CO_(2)的近零排放。IGFC系统一般由煤气化净化、燃料电池发电、余热回收及CO_(2)捕集和封存等子系统构成,其中燃料电池发电技术是制约IGFC发展的关键技术。固体氧化物燃料电池(SOFC)及熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)是适配IGFC系统的2种燃料电池技术,其中SOFC在生产成本及发电效率方面更具优越性。2017年国家能源集团牵头,联合中国矿业大学(北京)、北京低碳清洁能源研究院、华能清洁能源技术研究院、清华大学等,在国家重点研发计划项目支持下承担了开发100 kW级SOFC和MCFC发电单元,建成MW_(th)级CO_(2)近零排放的IGFC示范工程任务,项目成果推动了我国IGFC系统从基础技术研发向产业化迈进的步伐。

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。

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。

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。

氢能发电技术的研究(Ⅰ)——铂碳复合电极材料对离子交换膜燃料电池放电性能的影响

离子交换膜燃料电池是氢能应用开发的重要研究领域。研究了离子交换膜燃料电池用的铂碳复合电极制备工艺和碳材料的选择对燃料电池电化学性能的影响。研究结果表明 ,铂碳复合电极的制备工艺对燃料电池放电性能有重要影响 ,采用刷涂法和物化法制备的铂碳复合电极所组装的燃料电池具有较好的电化学性能。研究结果还发现 ,复合电极中碳材料的微观结构也是影响燃料电池电化学性能的重要因素 ,碳材料的比表面积越大 ,燃料电池的放电性能就越好。

日本开发煤炭与燃料电池复合发电系统

日本资源能源厅正在加紧开发煤炭气化—燃料电池复合发电系统,以提高煤炭的能源利用效率,减少二氧化碳等废气排放量。该厅发表的材料说。

燃料电池与IGCC复合发电是未来煤电的发展方向

介绍了燃料电池与IGCC复合发电的概念,并简述了国内外这一发电技术的进展。指出以煤制氢、燃料电池与IGCC复合发电、液体燃料生产、CO2分离等过程集成的能源系统是“绿色煤电”发展的重要方向。

整体煤气化熔融碳酸盐燃料电池(IG-MCFC)发电系统

整体煤气化熔融碳酸盐燃料电池（IG—MCFC）发电系统是燃料电池发电技术与整体煤气化联合循环（IGCC）发电技术相结合，形成整体煤气化燃料电池发电技术（IGFC），不仅使燃料电池发电的容量和效率增加．而且也可以使IGCC的发电效率提高．既是MCFC大容量化的主要方向之一．也是21世纪洁净煤发电技术的一个重要方向。

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。

燃料电池与IGCC复合发电是未来煤电前景——高效、近零排放的环保型绿色煤电

未来煤电的发展方向必然是高效、近零排放的环保型绿色煤电，该文介绍燃料电池与IGCC复合发电技术，供同行交流探讨。

煤炭地下气化发电技术分析

煤炭地下气化所产煤气为中低热值煤气,用来发电是目前条件下的主要应用。生产中,能够调节气化剂使其产生不同的煤气用以适应不同的需求。介绍了煤炭地下气化发电的3种方式:内燃机发电、整体煤气化联合循环发电和燃料电池发电。煤炭地下气化发电天生具有经济、环境等各方面优势。

三菱重工成功试运行燃料电池与微型燃气涡轮复合发电系统

三菱重工业在日本国内成功完成了固体氧化物燃料电池SOFC和微型燃气涡轮MGT两种性质不同的装置所组成的复合发电系统的测试运行。接到日本新能源产业技术综合开发机构NEDO的委托后，开发工作自2004年度开始进行，现已在该公司长崎造船所里确认发电容量为75kW。有了这项成果，三菱重工业将于2006年10月开始着手建设200kW级复合发电系统，此后将进一步提高容量和发电效率，以便未来能够开发工业发电系统。

燃料电池——煤炭工业的新型发展之路

简述了煤炭行业对我国的可持续发展的影响及未来应对措施,介绍了燃料电池技术目前在移动电源、固定式电站上的进展。进而展望了煤炭行业将提供氢和甲醇原料推动新兴燃料电池产业进步,燃料电池也将促进煤气化联合循环发电(IGCC)和煤气化燃料电池系统(IGFC)的进程,认为燃料电池—热电联供系统在未来的综合效应将随燃料电池与煤气化的结合方式而会得到不断的优化。

整体煤气化固体氧化物燃料电池电热联产系统分析

整体煤气化固体氧化物燃料电池-燃气轮机混合发电系统(Integrated gasification solid fuel cell-gas turbine hybrid powergeneration system,IGFC-GT)是一种高效清洁合理的煤炭发电技术。混合系统的模型搭建及性能分析对于系统集成和商业运行有着重要的意义。通过查阅国内外在致力于提高SOFC发电效率方面的研究文献,并根据课题组的前期研究成果,基于商业软件Aspen Plus平台,搭建了IGFC-GT混合发电系统的电热联产系统模型图,分析了IGFC-GT电热联产系统的性能,结果表明该系统具有较高的发电效率及总能量利用率。

世界首座前置熔融碳酸盐燃料电池的煤气化联合循环电站

本文介绍美国能源部第５轮净煤技术计划中的一个项目──凯姆登电站，世界首座前置熔融碳酸盐燃料电池的煤气化联合循环电站概况及特色。

整体煤气化固体氧化物燃料电池并网测试系统设计

整体煤气化固体氧化物燃料电池(integrated gasification solid oxide fuel cellI,IG-SOFC)发电系统,利用煤气化合成气作为SOFC燃料,可以实现煤发电的近零排放,是一种非常有前景的清洁煤电技术,尤其契合我国以煤为主的资源秉性。提出一种IG-SOFC并网发电测试系统设计方案,搭建了可实现“并网测试模式”及“并网发电模式”实时切换的SOFC并网发电系统测试平台。基于自主研发的5 kW级SOFC堆塔模块,在煤制合成气作为燃料的条件下进行了实验测试,以验证系统设计方案的可行性和有效性。根据实验测试结果,SOFC堆塔发电功率达到4.5 kW时,并网功率为4.25 kW,堆塔电效率55.1%,发电系统电效率为52.0%,逆变效率约为94.5%。最后,通过“并网测试”模式下168 h长周期测试,验证了系统长周期运行的稳定性。