基于氨分解的SOFC-GT系統(tǒng)建模及分析

馬 壯， 秦 江， 李成杰， 王 聰， 王紫璇

(1. 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 能源科學(xué)與工程學(xué)院， 哈爾濱 150001；2. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)(深圳) 智能海洋工程研究院， 深圳 518055)

化石燃料的使用促進(jìn)了工業(yè)社會(huì)的快速發(fā)展，與此同時(shí)也造成了大量的碳排放，僅2019年，人類(lèi)就向大氣排放了33億t二氧化碳[1]。因此，“雙碳”目標(biāo)已成為我國(guó)能源結(jié)構(gòu)改變主要的發(fā)展方向[2]。眾所周知，傳統(tǒng)的火力發(fā)電方式已不能適應(yīng)時(shí)代的要求，改進(jìn)傳統(tǒng)發(fā)電方式已成為當(dāng)下亟待解決的問(wèn)題。

燃料電池作為一種新的能源形式，因其具有能量密度高和使用靈活等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)進(jìn)入了大眾視野。在目前的幾種燃料電池中，固體氧化物燃料電池(SOFC)具有效率高、燃料靈活、不需要貴金屬催化劑等優(yōu)點(diǎn)[3]，同時(shí)，其高品位尾氣還可以與其他熱機(jī)形成混合動(dòng)力系統(tǒng)，其與燃?xì)廨啓C(jī)(GT)組合的SOFC/GT混合動(dòng)力系統(tǒng)被廣泛研究和應(yīng)用于地面發(fā)電和航空電力系統(tǒng)[4]。我國(guó)國(guó)內(nèi)首個(gè)用于地面發(fā)電的高溫燃料電池燃?xì)廨啓C(jī)混合動(dòng)力實(shí)驗(yàn)平臺(tái)于2011年由翁一武教授團(tuán)隊(duì)搭建[5]。

甲烷和天然氣[6]是目前SOFC系統(tǒng)研究中最常見(jiàn)的燃料。Park等[7]以天然氣為燃料研究了單一SOFC系統(tǒng)、SOFC/GT系統(tǒng)和SOFC發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的發(fā)電效率。結(jié)果表明，SOFC發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的效率為59.5%，分別比單一SOFC系統(tǒng)和SOFC/GT混合系統(tǒng)的效率高7.8%和0.9%。Gu等[8]研究了液態(tài)肼作為SOFC燃料的性能。結(jié)果表明，其高能量密度、高功率密度、易于儲(chǔ)存和燃料運(yùn)輸?shù)暮?jiǎn)便性非常有吸引力。Liu等[9]以航空煤油為燃料，研究了SOFC/GT混合系統(tǒng)作為飛機(jī)發(fā)電裝置的性能?！?br>