基于熱經(jīng)濟(jì)模型的固體氧化物燃料電池燃?xì)廨啓C(jī)混合動力系統(tǒng)最優(yōu)配置

高溫固體氧化物燃料電池是一種能將碳?xì)淙剂系幕瘜W(xué)能通過電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為電能的最有效的裝置之一，這在清潔、高效分布式發(fā)電領(lǐng)域越來越引起研究人員的重視。在實(shí)際應(yīng)用中，由于高溫固體氧化物燃料電池排氣溫度很高，有很大的余熱利用價值，通常與其它動力裝置組成混合動力系統(tǒng)，以提高裝置整體效率。

在熱經(jīng)濟(jì)建模的基礎(chǔ)上，提出了固體氧化物燃料電池燃?xì)廨啓C(jī)最優(yōu)配置的混合動力系統(tǒng)。首先提出了4種不同的燃料電池直接加壓和加氣的混合動力系統(tǒng)設(shè)計，即單燃料電池直接加壓混合系統(tǒng)、單燃料電池直接加氣混合系統(tǒng)、雙燃料電池直接加壓混合系統(tǒng)和雙燃料電池直接加氣混合系統(tǒng)。根據(jù)設(shè)計的4種不同的混合動力系統(tǒng)建立了熱力學(xué)方程、放射本能方程和經(jīng)濟(jì)方程。由于這4種不同的混合動力系統(tǒng)內(nèi)部組成相同，因此將單燃料電池直接加壓混合系統(tǒng)作為主要設(shè)計，按照具體操作給出其相關(guān)方程。編寫計算機(jī)程序?qū)λ岢龅南嚓P(guān)方程進(jìn)行解析，對系統(tǒng)進(jìn)行了熱力學(xué)分析和經(jīng)濟(jì)分析，得出4種不同的燃料電池直接加壓和加氣混合動力系統(tǒng)設(shè)計的最終分析結(jié)果。

分析結(jié)果表明，固體氧化物燃料電池燃?xì)廨啓C(jī)最佳配置的混合動力系統(tǒng)的總效率可以達(dá)到64%、電氣效率達(dá)到51%。單燃料電池的混合動力系統(tǒng)具有較低的電效率、高的不可逆性，而且其發(fā)電價格高于其它系統(tǒng)。相反，雙燃料電池的混合動力系統(tǒng)雖然效率較高，但是并未達(dá)到成本效益和經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)。單燃料電池的直接加壓混合動力系統(tǒng)具有較低的不可逆性、低的安裝和啟動成本，能夠產(chǎn)生和其電力相同的價格，優(yōu)于其它3個混合系統(tǒng)。

同時，根據(jù)經(jīng)濟(jì)方程中兩個模型對4種不同的混合動力系統(tǒng)進(jìn)行熱經(jīng)濟(jì)分析。研究結(jié)果表明，基于熱經(jīng)濟(jì)模型所產(chǎn)生的電力價格約為11.6美分/kWh，基于總收入需求經(jīng)濟(jì)模型所產(chǎn)生的電力價格約為18.5美分/kWh。

刊名：Journal of Cleaner Production（英）

刊期：2017年第144期

作者：Jamasb Pirkandi et al

編譯：劉瑞琦