燃料电池热电联产系统的建模分析及优化

发布时间：2021-08-17 22:47

　　人类文明的进步离不开对能源的开发和利用,当今世界,化石燃料仍是主要的能源消耗形式,对化石能源的依赖会越来越制约社会的发展。因此,人们亟需新的能源来替代传统化石能源或者新的能源利用方式来提高传统能源的利用率。氢能作为一种新能源,具有清洁、高效、可持续等很多的优点,被视为本世纪最具发展潜力的清洁能源。燃料电池是一种能够利用氢气的高效能源转化装置,它是通过电化学反应将氢气内的化学能转化为电能和热能,其转化效率远远高于化石能源在内燃机里转化为机械能或在热电厂里转换为电能的效率。基于燃料电池的热电联产系统是一种适合于家庭使用的分布式能源系统。相比较于传统的能源转换方式和其他热电联产技术,基于燃料电池热电联产系统有更高的发电效率和综合能量利用率,同时还在经济性、环保性与可靠性方面具有无可比拟的优势。结合了天然气重整制氢装置的热电联产系统可以利用现有的燃气管道,将整套设备安装在用户端,减少了能量传输过程中的损失,因而具有广阔的研究前景。本文建立了完整的燃料电池热电联产系统模型,对系统进行了能量分析和（?）分析,根据系统与负荷的能量供需特性设计不同的运行策略并进行优化,具体研究内容和主要结论如下:（1... 

【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图２－１热电联产系统结构原理图??

第一章中介绍了现阶段三种主要的制氢技术路线：甲烷蒸汽重整法（ＳＭＲ），??部分氧化法（ＰＯＭ）和自热重整法（ＡＴＲ）。自热重整相较于前两种各自反应而??言，不仅使两个反应的吸热和放热得到耦合，实现了体系的自供热，能源利用更??加合理，而且整个系统启动速度快，在运行过程中对供电和供热负载变化具有良??好的响应速度，非常适合用于千瓦级别的燃料电池热电联产系统中制取氢气。因??此，本文中制氢系统模型采用自热重整法。??２．１．１系统工艺流程??通常情况下，只经过重整环节的气体中虽然已经制取了相当数量的氢气，但??还无法直接供应燃料电池使用，一方面是因为混合气体中氢气含量不够高，会使??电池内反应速率降低；另一方面是因为反应气体中Ｃ０含量较多，质子交换膜燃??料电池的铂电极在较低温度下容易Ｃ０中毒。因此，重整器后通常还会有几个处??理环节来去除Ｃ０，提高氢气含量。完整的燃料处理系统系统模型框图如图２－２??所示［３７］：???１?冷却水??????

图２－３燃料电池电堆能量平衡模型??入输出能量可以分为四部分：进入电池电堆的总能量，电池却吸热吸收的内能及耗散产生的热损失。??量平衡模型，燃料电池电堆满足如下瞬态方程［２６］：??？?ｄＴｓｔ?．?．??Ｑｓｔａｃｋ?＝?Ｃｔ?办＝Ｐｔｏｔａｌ?－?Ｐｅｌｅｃ?－?Ｑｃｏｏｌ?—?Ｑｌｏｓｓ?（２－ｅｆｃ—电堆吸热功率（Ｋ１）；??一进入电堆总功率（ｗ）；??—电堆输出电功率（Ｗ）；??—单位时间内冷却水带走的热量（＾１）；??—单位时间内电堆对外耗散的热（Ｋ１）；??电堆的热容ＣＭＣ１）；??电堆运行温度（°Ｃ）。??


本文编号：3348652