太阳能和燃料电池耦合的分布式供能系统研究

发布时间：2017-09-11 12:15

  本文关键词：太阳能和燃料电池耦合的分布式供能系统研究

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【摘要】：化石能源消耗及其带来的环境问题日益凸显,人类的生存受到了极大的考验。改变能源利用模式,提高能源利用效率,开发利用可再生能源是解决能源与环境问题的重要途径。太阳能分布广泛取之不尽用之不竭,是真正意义上的绿色能源;燃料电池是高效、节能、环保的供能方式。将太阳能分布式供能系统和燃料电池分布式供能系统结合,不仅实现了能的梯级利用和太阳能的连续、高效利用,而且在在节能减排方面有着巨大潜力。首先,本文基于单独利用太阳能实现供能的思路,集成设计了基于太阳能热发电的分布式供能系统,通过电解槽耦合太阳能集热联产系统和燃料电池联产系统。系统在日照充足时间段利用多余电量制取并储存氢气,在日照不足时间段利用氢气驱动燃料电池供能。在设计工况下分别对系统夏季制冷和冬季供热两种模式进行了热力学第一定律和第二定律分析;并就太阳能辐照强度、透平进口压力等关键参数对热发电系统的热力性能影响进行了分析。其次,基于太阳能和燃料互补的思路,集成设计了太阳能-甲醇重整的分布式供能系统,该系统利用太阳能集热驱动甲醇水蒸汽重整制取氢气,从而供给燃料电池实现供能。利用ASPEN PLUS软件对甲醇水蒸气重整制氢反应进行模拟,通过分析反应条件对重整反应的影响,确定了最佳反应条件;在设计工况下分别对系统夏季制冷和冬季供热两种模式进行了热力学第一定律和第二定律分析;并就太阳能辐射强度对系统热力性能的影响进行了敏感性分析,得到了其影响规律。最后,基于模糊理论和层次分析法,从技术、环境和社会三方面对两种太阳能和燃料电池耦合的集成方案进行了多属性综合评价,通过组合赋权的方式确定了各个评价指标的权重,采用逼近于理想解的排序法对两种集成的分布式供能方案进行了综合比较。
【关键词】：太阳能 氢能 燃料电池 分布式供能系统
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM615;TM911.4;TU83
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-18
• 1.2.1 太阳能供能研究进展11-15
• 1.2.2 燃料电池研究进展15-17
• 1.2.3 太阳能-燃料电池联合系统研究进展17-18
• 1.3 本文的主要工作和研究内容18-20
• 第2章 分布式冷热电联供系统集成模型20-31
• 2.1 引言20
• 2.2 太阳能集热子系统20-22
• 2.3 换热子系统22
• 2.4 热电转换子系统22-23
• 2.5 磷酸燃料电池（PAFC）23-26
• 2.6 制氢子系统26-29
• 2.6.1 电解水制氢26-28
• 2.6.2 甲醇水蒸气重整制氢28-29
• 2.7 余热利用系统29-30
• 2.8 本章小结30-31
• 第3章 基于太阳能热发电的分布式供能系统31-45
• 3.1 引言31
• 3.2 基于太阳能热发电的分布式供能系统31-34
• 3.2.1 系统流程31-32
• 3.2.2 系统集成设计方法32-34
• 3.3 系统评价准则34-35
• 3.4 系统模拟35-43
• 3.4.1 设计条件下系统性能36
• 3.4.2 系统(?)平衡分析36-37
• 3.4.3 集热联产系统与参比系统性能比较37-40
• 3.4.4 太阳能集热联产系统的关键参数分析40-43
• 3.5 本章小结43-45
• 第4章 基于太阳能-甲醇重整的分布式供能系统45-66
• 4.1 引言45
• 4.2 基于太阳能-甲醇重整的分布式供能系统45-47
• 4.2.1 系统流程45-47
• 4.2.2 系统集成设计方法47
• 4.3 系统评价准则47-48
• 4.4 系统模拟48-56
• 4.4.1 反应条件对甲醇水蒸气重整反应的影响49-52
• 4.4.2 设计条件下系统性能52-53
• 4.4.3 系统(?)平衡分析53-54
• 4.4.4 辐射强度对系统热力性能的影响54-56
• 4.5 多属性综合评价56-65
• 4.5.1 规范化原始数据矩阵56-58
• 4.5.2 确定指标权重58-60
• 4.5.3 评价60-61
• 4.5.4 本文案例61-65
• 4.6 本章小结65-66
• 第5章 结论与展望66-68
• 5.1 结论66-67
• 5.2 展望67-68
• 参考文献68-73
• 攻读硕士学位期间发表的论文73-74
• 攻读硕士学位期间参加的科研工作74-75
• 致谢75

【参考文献】

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本文编号：830658