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高温燃料电池冷热电联供总能系统的分析

于泽庭  
【摘要】:面对日益严峻的世界范围内的能源短缺和环境恶化,如何提高能源的综合利用效率和降低污染物排放已成为世界各国普遍关注的重大课题之一。冷热电三联供总能系统是建立在能量梯级利用的基础上,将发电和供热/供冷集成于一体的总体供能系统,可以有效提高能源的综合利用效率和减少污染物的排放。 总能系统的发电装置主要有微型燃气轮机、内燃机以及高温燃料电池。高温燃料电池(熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池)具有发电效率高、排气温度高、环境相容型好等优点。高的排气温度(400℃以上),使高温燃料电池能更好地驱动吸收式制冷机工作。因此,发展基于高温燃料电池的冷热电三联供总能系统具有十分重要的意义和非常广阔的应用前景。 本文首先介绍了总能系统的原理和国内外发展现状,分析了总能系统在中国的发展潜力。介绍了基于高温燃料电池的冷热电总能系统,根据我国的能源现状和建筑用能的发展要求,提出了高温燃料电池冷热电总能系统。 在此基础上,提出了一个基于熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)的冷热电三联供系统,介绍了此总能系统的构成和工作原理,并利用热力学分析方法对该总能系统进行了能量和(火用)平衡分析。结果表明该总能系统的综合能量利用效率高于燃气轮机总能系统的能量利用效率,而燃料电池和吸收式制冷机子系统的(火用)损失较大。 最后,提出了一个基于固体氧化物燃料电池(SOFC)的冷热电总能系统,建立了描述该总能系统性能的数学模型,利用MATLAB6.5软件包分析了SOFC的运行参数(压力、温度、负载电压和燃料流量等)变化对系统性能的影响,得到了SOFC的燃料流量、电流密度等参数变化对总能系统输出功率和制冷量(制热量)等参数的影响规律,为高温燃料电池冷电热总能系统的分析、设计与优化提供参考依据。


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