固体氧化物燃料电池冷热电联供系统运行机制研究

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全球能源问题与环境问题日益严峻,开发新型能源与提高能源利用率成为两个解决问题的主要方向。冷热电联供系统凭借能量梯级利用原则能够提升整体能源利用率;燃料电池具有绿色运行,高效利用等特点,适用于冷热电联供系统,将燃料电池与冷热电联供系统相结合具有极大的研究前景,是一种能够有效解决能源问题与环境问题的方案。建立基于固体氧化物燃料电池的家用冷热电联供系统的4E评估模型,通过分析工作参数对电堆与系统输出特性的影响,发现最佳工作电流密度为564.75 m A/cm~2,能够使得电堆与系统的发电量达到最大值。同时增大工作温度能够提升电堆电压和功率,以及系统动态响应性能、输出功率和4E评估指标。在此基础上,依据夏、冬两季典型日家用负荷,通过对电跟随与热跟随控制策略下系统运行性能分析,确定特定季节下最优的系统结构与控制策略。结果表明:储能装置辅助的冷热电联供系统能够同时满足夏、冬两季冷热电负荷需求,且具有良好的匹配度与动态特性。在两季电跟随策略控制下结合储热水箱储能的冷热电联供系统运行性能最优,系统效率高且稳定;(火用)效率稳定在42%左右;年平均温室气体减排量高且运行成本低。固体氧化物燃料电池作为动力源的冷热电联供系统无需并联电网来补充与释放能量,可根据工作环境灵活采用并网与孤网两种运行模式;该系统的研究,对类似冷热电联供系统的模拟有指导意义;同时有关系统控制策略及评估体系方面的内容有助于指导基于燃料电池冷热电联供系统的实际应用。
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