基于热经济模型的固体氧化物燃料电池燃气轮机混合动力系统最优配置

基于热经济模型的固体氧化物燃料电池燃气轮机混合动力系统最优配置

高温固体氧化物燃料电池是一种能将碳氢燃料的化学能通过电化学反应直接转化为电能的最有效的装置之一，这在清洁、高效分布式发电领域越来越引起研究人员的重视。在实际应用中，由于高温固体氧化物燃料电池排气温度很高，有很大的余热利用价值，通常与其它动力装置组成混合动力系统，以提高装置整体效率。

在热经济建模的基础上，提出了固体氧化物燃料电池燃气轮机最优配置的混合动力系统。首先提出了4种不同的燃料电池直接加压和加气的混合动力系统设计，即单燃料电池直接加压混合系统、单燃料电池直接加气混合系统、双燃料电池直接加压混合系统和双燃料电池直接加气混合系统。根据设计的4种不同的混合动力系统建立了热力学方程、放射本能方程和经济方程。由于这4种不同的混合动力系统内部组成相同，因此将单燃料电池直接加压混合系统作为主要设计，按照具体操作给出其相关方程。编写计算机程序对所提出的相关方程进行解析，对系统进行了热力学分析和经济分析，得出4种不同的燃料电池直接加压和加气混合动力系统设计的最终分析结果。

分析结果表明，固体氧化物燃料电池燃气轮机最佳配置的混合动力系统的总效率可以达到64%、电气效率达到51%。单燃料电池的混合动力系统具有较低的电效率、高的不可逆性，而且其发电价格高于其它系统。相反，双燃料电池的混合动力系统虽然效率较高，但是并未达到成本效益和经济效益最优。单燃料电池的直接加压混合动力系统具有较低的不可逆性、低的安装和启动成本，能够产生和其电力相同的价格，优于其它3个混合系统。

同时，根据经济方程中两个模型对4种不同的混合动力系统进行热经济分析。研究结果表明，基于热经济模型所产生的电力价格约为11.6美分/kWh，基于总收入需求经济模型所产生的电力价格约为18.5美分/kWh。

刊名：Journal of Cleaner Production（英）

刊期：2017年第144期

作者：Jamasb Pirkandi et al

编译：刘瑞琦