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燃料电池与微型燃气轮机联合循环系统性能分析

宋举星  
【摘要】:随着能源危机的频繁出现以及环境问题的日益严重,高效率、低污染的能源利用方式越来越受到人们的高度重视。为了有效的利用能源和更好的保护环境,近年来分布式发电系统得到了迅速发展。固体氧化物燃料电池(SOFC)与微型燃气轮机(MGT)组成的联合循环系统是上世纪末刚刚兴起的一种高效、清洁、环保的能源利用装置。它是一种分布式发电系统,不仅具有燃料电池(FC)效率高、运行安全的特点,在加入了微型燃气轮机以后,系统的效率得到了进一步提高。因此,被认为是分布式发电系统的最佳形式之一。 本文共分三部分,分别建立了燃料电池、微型燃气轮机和由燃料电池和微型燃气轮机构成的联合循环系统的模型,并对模型进行了模拟分析。 第一部分介绍了燃料电池的基本结构与工作原理、特点及其发展现状,简述了高温固体氧化物燃料电池及其模型的研究进展。根据质量守恒、能量守恒、电化学反应原理提出了描述管式SOFC的模型,并分析了电流密度、电池温度和空气利用系数等参数对燃料电池性能的影响。 第二部分介绍了微型燃气轮机的原理、特点、发展现状与应用。根据带有回热系统的MGT的特性和假定条件发展了描述MGT的模型,进一步讨论了MGT在设计工况和变工况下的性能。 第三部分将SOFC模型和MGT模型联合在一起,由SOFC代替MGT中的燃烧室部分,就组成了燃料电池与燃气轮机联合循环系统。分析了该联合循环系统在额定工况和变工况下的性能,并与MGT循环作了比较。 本文采用强大的科学计算软件MATLAB对燃料电池与燃气轮机联合循环的进行了模拟分析。通过数据对比,验证了模型在一定功率范围内的正确性,为联合循环的设计计算与优化分析提供了参考依据。


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