固体氧化物燃料电池分布式电源静态运行分析.pdf

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1、第31卷第32期中国电机工程学报Vo1．31No．32Nov．15，20112011年11月15日ProceedingsoftheCSEE~2011Chin．Soc．forElec．Eng69文章编号：0258-8013(2011)32-0069—07中图分类号：TM732文献标志码：A学科分类号：470．20固体氧化物燃料电池分布式电源静态运行分析李勇汇，朱海昱2(1．武汉大学电气工程学院，湖北省武汉市430072；2．武汉国测科技股份有限公司，湖北省武汉市430223)Steady—stateAnalysis

2、ofSolidOxideFuelCellDistributedGeneratorLIYonghui1ZHUHaiyu2，(1．SchoolofElectricalEngineering，WuhanUniversity,Wuhan430072，HubeiProvince，China；2．WuhanGuoceScienceandTechnologyCo．，Ltd．，Wuhan430223，HubeiProvince，China)ABSTRACT：Solidoxidefuelcell(SOFC)distributed以

3、其模块化、低噪声、环境友好等优点成为新能源generator(DG)isapromisingDGtechnology．Startingfrom发电设备的有力竞争者uJ。同时，SOFC发电机在thefundamentalthermodynamicanalysis，amathematical能量转换过程中产生的高温热量可以用于驱动燃modelgovemingthesteady-stateoperatingstateofthe气轮机从而组成更高效率的联合循环系统l2]。目前hydrogen-fedSOFCwasprov

4、idedbyincludingthemassbalance，enthalpybalanceandentropybalanceequations．AnSOFC面临的主要挑战是提高运行寿命、改进运行analyticalexpressionrelatingtheSOFCperformancevariables特性、降低设备价格。suchasfuelutilizationfactor,cellstacktemperatureandexcess燃料电池(fuelcell，FC)产生电能时包含了复杂oxygenratiowe

5、rethenderived．AstheSOFCmustbesubject的热力学、电化学和电气过程。国内外学者在FCtosomeoperatingconstraints，theconceptfeasibleoperating建模、控制和运行等研究方向上进行了大量的研space(FOS)proposedinthispaperCanbeusedasaguideline究[3-101。适合电力系统分析和应用的FC模型一直是fortheSOFCoperationandcontro1．这一领域研究的重点和难点。已有文献对建

6、模通常KEYWORDS：feasibleoperatingspace；solidoxidefuelcell采用2种途径。第1种方法是假定电池堆中的温度(SOFC)；steadystateanalysis维持不变【刖。这种假设对于变化迅速的扰动如电压摘要：固体氧化物燃料电池是一种有前途的分布式电源。从暂降过程是合理的。但是对于FC本身而言，其暂基本的热力学分析出发并结合质量平衡、焓平衡和熵平衡方态过程长达数十秒乃至十几分钟。采用恒温FC模程，该文提出一个以氢气为燃料的固体氧化物燃料电池数学型分析诸如负荷跟踪这样的长

7、时间问题将会造成模型用于静态分析。推导得出了氢气利用系数、电池堆温度很大的误差。第2种方法是考虑温度的变化【9¨。和过量氧气比例这3个运行变量之间的解析关系。由于固体氧化物燃料电池在运行中必须满足多个限制，该文提出了合这些文献中以质量守恒和能量守恒为出发点，通过理运行空间的概念。该概念可以用于指导固体氧化物燃料电建立能量转换过程中的热力学方程组来得到负荷池的运行和控制。变化过程中的各种热力学变量和电气量的变化规关键词：合理运行空间；固体氧化物燃料电池；静态分析律。虽然在第2种方法中考虑了温度变化，但忽略了熵的变化

8、，把FC处理成理想化的可逆过程，认0引言为参加化学反应的氢气中所有的能量都转换为电在众多分布式电源(distributedgenerator，DG1能。等熵过程假设依然无法对温度的变化给出准确中，固体氧化物燃料~(solidoxidefuelcell，SOFC1的定量分析。以往工作表明，即使在静态情况确定FC各个运行变量之间的关系也是非常困难的。基金项目：国家自然科学基金