基于熱經濟模型的固體氧化物燃料電池燃氣輪機混合動力系統最優配置

基于熱經濟模型的固體氧化物燃料電池燃氣輪機混合動力系統最優配置

高溫固體氧化物燃料電池是一種能將碳氫燃料的化學能通過電化學反應直接轉化為電能的最有效的裝置之一，這在清潔、高效分布式發電領域越來越引起研究人員的重視。在實際應用中，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，以提高裝置整體效率。

在熱經濟建模的基礎上，提出了固體氧化物燃料電池燃氣輪機最優配置的混合動力系統。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設計，即單燃料電池直接加壓混合系統、單燃料電池直接加氣混合系統、雙燃料電池直接加壓混合系統和雙燃料電池直接加氣混合系統。根據設計的4種不同的混合動力系統建立了熱力學方程、放射本能方程和經濟方程。由于這4種不同的混合動力系統內部組成相同，因此將單燃料電池直接加壓混合系統作為主要設計，按照具體操作給出其相關方程。編寫計算機程序對所提出的相關方程進行解析，對系統進行了熱力學分析和經濟分析，得出4種不同的燃料電池直接加壓和加氣混合動力系統設計的最終分析結果。

分析結果表明，固體氧化物燃料電池燃氣輪機最佳配置的混合動力系統的總效率可以達到64%、電氣效率達到51%。單燃料電池的混合動力系統具有較低的電效率、高的不可逆性，而且其發電價格高于其它系統。相反，雙燃料電池的混合動力系統雖然效率較高，但是并未達到成本效益和經濟效益最優。單燃料電池的直接加壓混合動力系統具有較低的不可逆性、低的安裝和啟動成本，能夠產生和其電力相同的價格，優于其它3個混合系統。

同時，根據經濟方程中兩個模型對4種不同的混合動力系統進行熱經濟分析。研究結果表明，基于熱經濟模型所產生的電力價格約為11.6美分/kWh，基于總收入需求經濟模型所產生的電力價格約為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