一、固体氧化物燃料电池发电系统的模拟与优化（论文文献综述）
张雨檬[1]（2021）在《可逆固体氧化物燃料电池-储能系统概念设计与应用场景识别》文中认为为了解决化石能源短缺以及全球气候变暖问题,我国可再生能源发电占比不断提高。然而,可再生能源发电受自然条件影响具有不确定性、间歇性,导致电力供需不平衡,对电网安全运行带来挑战。储能系统作为能量的载体能够在电力过剩时储存电能,在电力短缺时释放电能,是解决大规模可再生能源并网问题的关键技术。固体氧化物燃料电池将氢气、甲烷、甲醇、氨、合成气等燃料化学能高效转化为电能,同时固体氧化物燃料电池还可以逆向运行在电解模式将可再生能源电能转化为燃料化学能,平抑可再生能源波动且实现电力、交通、化工产业融合。可逆固体氧化物燃料电池技术路径丰富、应用场景多变,作为大规模储能有长远发展前景。本文的研究目标为实现可逆固体氧化物燃料电池储能系统概念设计与应用场景最佳匹配及评估。储能系统性能参数、容量及运行策略优化需要考虑电池内部化学反应机理、传热传质及系统热质匹配集成且与应用需求相互耦合。同时市场价格波动及技术发展使得储能系统应用的边界条件复杂多变,导致储能系统优化配置不能以单一情景结果代表。可逆固体氧化物燃料电池储能系统的系统-应用场景-边界条件多尺度强关联特性导致目前该系统可行技术路径及应用场景尚不明确。本文提出可逆固体氧化物燃料电池储能系统概念设计与应用场景序贯优化方法解耦系统、应用场景、边界条件三个尺度,实现系统与应用场景最佳匹配及经济性评估。序贯优化方法首先开展可逆固体氧化物燃料电池储能系统概念设计,考虑电化学、热化学、传热、传质及系统多热质匹配集成建立储能电厂模型,构建包含多种技术路径及多个电厂优化设计的普适性储能系统设计库。然后,针对具体应用场景基于机组组合方法开展设计选择、设计定容与运行策略优化从而实现设计与需求的最佳匹配。最后,提取并表征应用场景多重不确定性,采用全局敏感性分析方法研究多重不确定性组合下储能系统与应用的匹配并进行经济性评估。本文采用序贯优化方法开展了可逆固体氧化物燃料电池储能系统在就地储能、调峰两种场景的应用。在就地储能应用中,开展基于可逆固体氧化物燃料电池的发电、储能双模式电厂就地储能研究。针对不同储能介质的双模式电厂采用多时间系统设计优化方法建立普适性双模式电厂设计库,研究与可再生能源耦合时双模式电厂模式切换及介质就地储存对系统与应用匹配及经济性的影响。进一步拓展双模式电厂系统设计,提出了能够依据调峰需求实现发电、储能、孤立切换的三模式电厂,设计考虑发电模式效率、储能模式效率、电厂成本的多目标优化,采用序贯优化方法评估生物质供应链、多电厂联合运行对系统经济性的影响。最后,考虑上述储能系统概念设计与应用匹配中的不确定性提出储能系统容量鲁棒优化方法。首先深入挖掘影响储能系统配置的不确定因素,主要分为可逆固体氧化物燃料电池热力学参数、市场价格、储能需求三个方面,针对不确定因素特征选择不确定参数量化方法。然后基于不确定参数量化建立可逆固体氧化物燃料电池储能系统容量配置鲁棒优化模型。最后根据全局敏感性分析方法对不确定参数重要度排序,指出影响可逆固体氧化物燃料电池储能系统商业化应用的关键因素。本文提出了实现可逆固体氧化物燃料电池储能系统与应用场景最佳匹配的序贯优化方法。评估了双模式就地储能电厂、三模式调峰电厂的经济性,并指出影响其经济性的关键因素,有助于推动固体氧化物燃料电池走向商业化应用。
张予豪[2]（2021）在《固体氧化物燃料电池电堆集成结构设计与仿真》文中认为固体氧化物燃料电池是通过燃料与氧化剂的电化学反应直接产生电能和热能的能量转化装置。由于固体氧化物燃料电池发电效率高、污染物排放水平低等优点,被认为是一种清洁低碳、安全高效的发电方式。固体氧化物燃料电池具有多种不同的结构,其发电规模覆盖几十瓦至百兆瓦,应用场景十分广泛。对于平板式单电池来说,通常一片电池可以产生0.5～1V的电压,为了产生足够高的电压,需要将若干单电池堆叠起来形成串联结构即电堆。然而电池的堆叠带来了一些困难的技术问题。除了电池内部流道的结构,电堆配气结构的参数也是燃料电池堆设计中的关键问题,电堆中如果燃料气和氧气分布不均匀,将会直接影响电池的电化学反应速率。除此之外,电堆配气结构还需要保证结构的紧凑性,如果表面积过大会产生一定的热量损失,影响发电效率。因此电堆配气结构的设计十分重要。对于固体氧化物燃料电池电堆多物理场耦合仿真,虽然计算结果可能比较精确,但是需求的计算资源比较大,目前的工作也只做到单堆的多物理场仿真。但是对于系统级的多电堆来说,多物理场仿真是比较困难的,成本也比较高,所以我们需要提出合理的假设条件,简化仿真的难度。首先可以从单流场的角度出发,验证气体分布的均匀性,从而改进相对应的配气结构,这样就大大减少了计算资源。由于电堆所需空气的量远大于氢气,所以首先需要保证电堆中空气分配的均匀性。本文建立了 6kW电堆集成结构以及空气配气结构的数值模型,设计正交试验方案进行仿真,将CFD模拟得到的数据用于建立BP神经网络模型。先利用正交因素极差分析,从集成电堆出口均匀度的角度出发,得到最优的配气结构参数组合。在最优配气结构的基础上,综合考虑了电堆配气结构整体表面积和均匀度,利用神经网络预测和分析一级和二级入口缓冲腔对于表面积和均匀度的影响。以期望在均匀度合理的范围内,尽量减小电堆配气结构表面积,控制热量的损失,从而提高燃料电池堆的发电效率和使用寿命,也为将来成功设计和运行大功率电堆提供参考。
牛英华[3]（2020）在《固体氧化物燃料电池中气体传输与极化的数值模拟》文中研究表明固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种全固态、清洁高效、无噪声、可连续工作、对多种燃料气体广泛适应的电化学发电装置。随着传统能源的消耗和环境污染加剧,SOFC的相关研究备受关注,被认为是在未来可以广泛应用的第三代燃料电池。SOFC发电系统在高温、封闭、复杂的的工作状态下运行,其工作参数实验测量和性能优化不易进行。单纯的实验分析,成本高、周期长,并且受限于测量技术和安全性而不易实现。数值模拟和优化的方法是代替实验的一种准确有效的方法。本论文综合宏观单电池的工作原理和微观电化学反应机制,从电池的微结构出发,建立几种SOFC的物质扩散和电极毒化模型,研究其与燃料电池的极化的关系,并基于所发展的模型对SOFC电池结构进行合理设计,以降低电池极化损耗,实现燃料电池的高功率、长寿命输出。具体做了以下几方面工作:（1）SOFC工作时的热震荡、界面应力等会对电解质微观结构造成缺陷、针孔会引起气体对穿。提出了一种研究电解质气体渗漏导致的电池极化大小的模型,比较了渗漏发生于纳米、数微米厚的电解质的SOFC（μSOFC）和传统SOFC（c SOFC）中对极化损耗的影响,并对渗漏的气体间化学反应的程度进行了分析。研究发现渗漏气体间无化学反应时,阴极浓差极化（CP）增加。渗漏气体间直接反应时,对阳、阴极浓差极化都有显着影响。μSOFCs电解质渗漏引起的CP比相同条件下的c SOFCs中极化值大几个数量级。（2）传统的燃料电池多孔电极的气体克努森扩散仅考虑电极为圆孔结构时的情形,没有考虑实际不规则孔结构所带来的影响。本工作研究了电极孔隙形态对克努森扩散系数及有效扩散系数的影响,建立了物质传输中电极孔各向异性与极化损失的关系。研究表明:与各向同性孔隙截面相比,各向异性截面孔中气体扩散系数相对较小,这种现象会随着孔径变小及工作温度变高变得更加显着,进而影响极限电流密度（LCD）和CP。随着孔隙截面纵横比尺寸的增大,电极上的气体扩散系数减小,进而引起LCD显着降低和CP的显着增加。调节电极参数,如增大孔径、减小孔隙率/曲率（ε/τ）比例、调整电极厚度等,可以减少孔截面对CP的影响。通过降低操作温度和输出电流密度,可以降低孔隙形态对CP的影响。（3）SOFC高温下工作时由于显着的热膨胀效应导致使用室温下的参数对SOFC工作状态进行评估不准确。提出了一种研究电池材料热膨胀与电池极化关系的方法。通过引入材料的热膨胀系数（CTE）及温度变化引起的扩散系数的变化,探讨在启动过程中由热膨胀引起的燃料电池物质传输的变化以及极化现象。结果表明,一定温度下,电极厚度大、电极的扩散系数小会增加热膨胀过程引起的能量损失。热膨胀引起的极化在大电流放电情况,接近极限电流密度时引起的能量损耗会急剧增加。工作温度与热膨胀引起的极化之间的关系强烈的依赖于气体的有效二元扩散系数。（4）低浓度杂质气体是引起催化剂中毒、造成电池性能急剧衰减的重要因素。本工作首次研究了毒化气体扩散和电极反应的协同效应。（a）阳极中,建立了不同H2S浓度（<100 ppm）下的扩散-反应协同模型,研究了孔阳极微观结构参数、电池工作参数下对SOFCs硫中毒的影响。结果表明,电极孔径、ε/τ较小,低温下,硫中毒与气体扩散密切相关。CP、活化极化（AP）和硫毒化造成的电压降均对阳极孔的微观结构敏感。与CP相比,薄层阳极、大的ε/τ下H2S-扩散诱导的电池AP尤为严重,要避免在低温、低电流密度以及高浓度H2S条件下操作。（b）在LSM/YSZ阴极,利用气体扩散和Cr电化学沉积机制建立了阴极微观结构与Cr毒化的扩散-反应协同模型。Cr2O3沉积会减小阴极孔径和三相界面点（TPB）面积,阻碍气体扩散,增加CP和AP。此外,比较了Cr中毒对三类微观结构阴极寿命和局部电流密度的影响。结果表明,Cr的毒化作用对SOFC阴极性能的影响依赖于阴极微观结构。阴极孔径分布均匀时,在整个阴极内具有均匀的Cr中毒,比梯度孔径分布的阴极具有更好的Cr中毒耐受能力。
郭英伦[4]（2020）在《基于SOFC/GT的新型联供系统热力学分析及多目标优化研究》文中研究指明固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell,SOFC）以其燃料适应性强、高效、易维护、绿色环保等特点,已成为21世纪最具有发展前景的发电方式之一。对于缓解世界能源危机和改善能源结构具有重要意义,也是当前绿色能源发电领域的研究热点之一。根据SOFC工作温度高的特点,将其与燃气轮机组合形成的SOFC/GT联合系统是当前主流的SOFC发电方式。由于SOFC/GT系统排气温度较高,通常匹配一个或多个余热回收利用系统来实现能量的梯级利用,进一步提高联供系统的综合能源利用率。二氧化碳作为最常见的气体之一,不仅无毒无害,而且具有良好的做功能力和较大的做功范围。跨临界二氧化碳循环（Transcritical carbon dioxide cycle,TRCC）是制冷领域较为成熟的热力循环之一,且在核电、热泵等领域都有较好的应用前景。本文将SOFC/GT系统与跨临界二氧化碳循环相结合,研究TRCC与SOFC/GT系统匹配机理,分析重要参数变化对系统性能的影响规律。本文主要研究内容如下:首先,建立SOFC/GT/TRCC系统的数学模型和热力学模型。为了验证系统模型的正确性,将模拟数据与参考文献提供的实验数据进行对比,结果表明模型能与参照系统进行良好的拟合,证明了本文建立的联供系统模型具有较好的可靠性和有效性。通过热力学分析,分别分析了 SOFC/GT系统的重要参数以及TRCC循环中循环压比对系统输出功与效率的影响。结果表明,在设计工况下,系统的热效率和（?）效率分别达到70.47%和67.99%。在参数运行范围内,系统热力学性能随SOFC电流密度的增大而降低;当燃料电池输入温度等于490℃时,取得最佳值。其次,针对系统参数调节范围过窄以及优化能力较差的问题,对系统进行结构化改进。借鉴了传统朗肯循环抽气回热的方式,在后燃烧室出口分流一股高温高压排气对空气进行二次预热。对新系统进行模型验证后,对其进行了热力学分析和（?）分析。结果表明在新的设计工况下,系统的热效率和（?）效率分别为64.40%和62.13%。虽然相比于原系统,改进后系统的效率有所下降,但可以扩大系统参数变化范围并提高系统的适用性,同时余热回收系统的温度匹配范围也得到了提升,从而为后续优化工作提供了可行性。系统的（?）分析表明系统的外部损失主要集中在温差较大的冷凝器和余热锅炉,这为后续的系统改进和优化提供了参考。最后,对改进后SOFC/GT系统进行经济性分析和多目标优化研究,通过经济性分析探究系统各个参数变化对各主要部件成本的影响。改进型SOFC/GT联供系统的成本主要集中在SOFC电堆、DC/AC转换器、透平和换热器。除电堆主要部件外,透平和换热器是可以有效降低系统成本的设备部件。为了同时优化系统热力学性能和经济成本,本文引入遗传算法对改进后SOFC/GT系统进行多目标优化,得到满足不同目标的最佳状态点集（帕累托前沿）。采用TOPSIS决策方法,从帕累托曲线中选出最优结果。结果表明,通过TOPSIS决策分析,可以得到满足多种运行条件的两个目标函数之间的平衡点,此时系统的最佳热效率为63.08%,最佳（?）效率为61.1%,经济成本分别为1.952USD/s和1.920USD/s。
靳红炜[5]（2020）在《固体氧化物燃料电池非平衡态热力学研究》文中研究指明固体氧化物燃料电池（Solid oxide fuel cell,SOFC）作为高效且清洁的能量转换设备。热、质传递、微流动、电荷输运、电化学反应及催化重整等不可逆过程是其内部的本征过程。这些过程不可避免地产生不可逆损失,而熵产是集各个不可逆损失于一体的函数。传统研究SOFC性能是以实现功率密度输出最大化为目的,这是一种对燃料电池性能技术上提高的短期目标。若从熵产及?分析角度研究SOFC的非平衡态热力学性能则可能达到节省能源的长期且最终目的。为此,本文建立以氢气为燃料和以甲烷为燃料的SOFC（H2-SOFC和CH4-SOFC）的三维多物理场模型并结合熵产衡算式建立流体粘性摩擦熵产(Gfric)、热传导熵产（Gh）、分子扩散传质熵产（Gm）、活化极化熵产(Gact)、欧姆热熵产(Gohm)及甲烷重整反应熵产(Gch)的宏观唯象框架,探讨操作参数和结构设计对电池功率密度、全局熵产、?损失、燃料利用率、发电效率及?效率等性能的影响及其在发电过程中的变化规律,这有利于确定SOFC中各组件上不可逆熵产的分布,计算出SOFC内部各过程的不可逆性,为优化SOFC热力学性能提供重要理论依据。目前,这一方面的相关研究及报道很少,由于计算SOFC内部存在的各项不可逆性,需要获得其各个过程的驱动力及热力学通量参数,同时受到高温,密封及电池尺寸较小的限制,本文利用COMSOL软件建立起内部过程模拟—结构设计—性能分析之间的联系。论文工作主要包括以下几个方面:（1）构建三维板式SOFC质、热传递、二次电流密度分布和动量守恒等数值模型,利用COMSOL软件进行计算,获取相应输运过程的驱动力和通量,用于求解SOFC内部流体粘性耗散、热传导、分子扩散传质、活化极化、欧姆热及甲烷重整等效应引起的不可逆熵产模型。（2）搭建了SOFC实验测试平台,分别测试H2-SOFC和CH4-SOFC在不同操作温度下的I-V-P性能曲线,验证了输运模型的可靠性,间接证明了用于计算熵产所需驱动力和通量的准确性,保证了计算出的系统?损失和?效率等性能的有效性。（3）模拟探究了各项局部熵产在SOFC中的分布和发电过程中各项全局熵产、?损失、?效率及发电效率的变化规律。结果表明,H2-SOFC中Gm占主导,其次是Gact;而CH4-SOFC中则是Gch占主导,其次是Gact,再次是Gm,两种燃料的SOFC中Gfric均可忽略不计。Sch位阳极支撑层入口顶部;Sact分布于电极功能层;Sm分布在电池入口通道与电极层的接触处,且阳极Sact与Sm均大于阴极上的数值;Sohm在整个SOFC组件上中均有分布,但电解质中心面上较为集中;Sh则是集中于入口通道与连接体的接触处且在CH4-SOFC中,随电压的减小,沿电池长度方向上,Sh先减小增大。发电过程中,随着输出电流密度的逐渐增大,?损失呈近似线性增大,功率密度及发电效率呈先增大后减小的规律,?效率在H2-SOFC中从约92%逐渐降低到60%,而在CH4-SOFC中则是呈先增大后减小的规律,主要原因在于前者?效受功率密度影响大于受?损的影响,后者相反。?效率较高,说明被有效利用的功就较多,意味着SOFC更加节能。而?效率较大但发电效率较小,两者差值较大,说明SOFC系统的不可逆性相对较大。（4）在H2-SOFC系统中考察了操作温度、燃料入口流量、H2初始摩尔分数、肋板宽/通道宽（Ratio of rib width to channel width,RCR）、通道高/通道宽（Ratio of channel height to channel width,CSR）及通道数等对SOFC热力学性能及发电性能的影响规律。结果表明,升温、减少H2摩尔分数、入口燃料流量越少,?损失越低,而发电性能及热力学性能均增强;在一定范围内,通过降低燃料流率与空气流率,可大幅提高发电效率。相同电流密度下,RCR越小,系统不可逆性越低,?效率及发电效率均越大。因此宽通道,窄肋板结构的H2-SOFC性能更好。相较于单通道,多通道单堆电池片的不可逆性更强,其?效率也更高,相同电流密度下,增加通道数,可以获得更高的功率密度,?效率及发电效率。（5）在CH4-SOFC系统中考察了操作温度、水碳比（steam-to-carbon,S/C）、甲烷预重整率、RCR及CSR等对SOFC热力学性能及发电性能的影响规律。结果表明:升高电池温度,有助于增强电池各项性能;在CH4-SOFC中,低S/C和预重整率,功率密度越大,反之获得较高?效率及发电效率。RCR显着影响电池性能,减小RCR可增强电池性能,CSR对电池性能影响较小。但是窄肋板,宽且低通道的SOFC几何模型能得到更优电池第二定律热力学性能。在高温、高CSR、低RCR、低S/C及低预重整率下,CH4-SOFC系统不可逆性较强。
顾吉鹏[6]（2020）在《固体氧化物燃料电池的智能控制算法研究》文中认为固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种新型的清洁能源,对其进行建模和控制方面的研究将会对实际的并网发电技术产生重大影响。本文基于SOFC单电池的发电原理及其实际运行状况,在合理的假设条件下,结合理想气体状态方程与质量守恒定律,同时通过引入两个可调参数,即氢气的利用率Qf和氢气与氧气的配比M,建立了用于控制的SOFC单电池的可调参数模型。本文重点对SOFC单电池的PID控制策略以及智能控制方法进行了研究。文中首先应用PID对SOFC单电池的输出电压进行了控制,并应用凑试法实现PID的整定,但是凑试法需要凭借用户固有经验多次改变参数KP、KI、KD的数值并不断分析SOFC单电池输出电压的变化,另外当外界条件变化对电池造成影响时需要重新整定PID,此过程浪费了大量时间且参数配备不合适时很难达到较好的控制效果。因此,本文对SOFC的智能控制算法进行了研究,在确定出参数KP、KI、KD的合理取值范围的基础上,分别设计了粒子群算法、遗传算法实现对PID参数KP、KI、KD的优化整定,提高了参数寻优整定的速度和SOFC的输出性能。仿真结果表明,文中建立的SOFC单电池可调参数模型能准确反映氢气输入摩尔流量、水蒸气输入摩尔流量与SOFC单电池输出电压之间的关系,具有一定的灵活性。同时,文中依据SOFC单电池可调参数模型输入输出特性设计的控制方案是合理的,在理想状态以及加入干扰的条件下,粒子群PID和遗传算法PID均能有效控制氢气的输入摩尔流量,进而保证电池输出电压达到期望值,这两种控制器均能依据SOFC单电池的实际运行状况快速调整PID参数KP、KI、KD,具有较好的抗干扰性能。此外,通过对粒子群算法和遗传算法优化过程和控制效果的分析,发现在控制SOFC单电池时粒子群PID的性能优于遗传算法PID。
杜志广[7]（2020）在《中空对称双阴极结构固体氧化物燃料电池电性能研究》文中进行了进一步梳理固体氧化物燃料电池（SOFC）技术是一项清洁、高效的综合能源利用技术,全固态结构使其可以被制成各种不同形状,而中空对称双阴极结构SOFC就是近年来发展起来的一种新型结构SOFC,具有结构强度高、抗氧化还原能力强等众多优点。对新型结构SOFC的快速热循环稳定性和长期稳定性进行深入研究,并分析新型结构SOFC在快速热循环过程和长期运行过程中性能的衰减规律与影响因素,对加速SOFC产业化进程具有重要现实意义,研究内容涉及以下几个方面:（1）中空对称双阴极结构SOFC单电池和电池堆均具有良好的快速热循环稳定性,电池在100次快速热循环期间性能衰减主要发生在前34次,衰减速率约为0.89%/次,研究还发现,阴极和阴极集流板之间的界面松动造成的性能衰减可通过二次施压操作使得得电池性能恢复。（2）中空对称双阴极结构SOFC具有良好的长期稳定性。在适当的操作条件下新型结构电池表现出优异的电化学性能和长期稳定性,电池以0.4A/cm2电流密度恒流运行200h,衰减速率仅为2.28%/100h,其中阴极集流板的锈蚀可能是造成电池性能衰减的主要原因。研究发现,钎焊密封技术有效提高了新型结构电池的长期稳定性。新型结构电池采用钎焊密封技术后,分别以0.30A/cm2电流密度恒流运行114h、0.20A/cm2电流密度恒流运行310h,衰减速率依次为0.99%/100h、2.21%/100h,相较于玻璃陶瓷密封技术2.28%/100h的衰减速率有较大改善。（3）中空对称双阴极结构SOFC电池堆的输出性能衰减快,衰减速率为12.56%/100h,主要受单电池输出性能影响,短时间内中间连接件对电池堆输出性能的影响不大。新型结构电池输出性能除了与电池自身发电性能有关,还与阳极支撑体厚度、两独立阴极之间的互连有关,而后者是造成电池输出性能差异大、稳定性差的主要原因,也是造成新型结构电池堆输出性能差异大、稳定性差的主要因素。改善电池两独立阴极之间的连接可有效提升电池输出性能的稳定性,进一步提高电池堆输出性能的长期稳定性。
王鑫鑫[8]（2020）在《基于固体氧化物燃料电池的煤矿低浓度瓦斯高效清洁利用研究》文中提出瓦斯抽采与利用是煤矿瓦斯灾害治理的根本性措施,同时可以将瓦斯变害为利,减少温室气体排放,增加清洁能源供应。然而,低浓度瓦斯的甲烷浓度偏低((8CH4<30%)且波动大,存在爆炸危险性,因此其利用难度很大,导致低浓度瓦斯利用率普遍偏低（<40%）,大量瓦斯被直接排放,造成严重的能源浪费和环境污染。现有主要的低浓度瓦斯利用技术为内燃机发电,但其存在效率低（25%）、噪声高和NOx排放量大等缺点,为此本文研究了基于固体氧化物燃料电池（SOFC）的低浓度瓦斯发电技术,该技术具有效率高、清洁无污染（无NOx和噪音）、全固态无液体渗漏等优点,为煤矿低浓度瓦斯的安全、高效和清洁利用提供了新的有效途径,从而促进煤矿的安全生产和节能减排。煤矿低浓度瓦斯成分复杂,是目前研究很少的SOFC非常规燃料。本文采用实验测试、理论分析、数值模拟和工程设计相结合的手段,针对低浓度瓦斯作为SOFC燃料时的反应机理和关键技术难题开展科学研究,取得的主要成果包括:（1）为控制低浓度瓦斯组分位于安全区间,避免其在SOFC高温环境中爆炸或引起电池阳极氧化和积碳,提出了利用碳分子筛吸附动力学的微压真空变压吸附脱氧提浓技术,并探讨了工艺参数对脱氧提浓效果的影响规律,分析了气体分离过程的安全性。结果表明,该技术在20 kPa气源压力下可将低浓度瓦斯中O2浓度由19%降低至1.8%,CH4浓度由3.5%提高至8.6%,CH4回收率达到79.5%,处理后瓦斯组分满足SOFC利用要求;降低解吸压力和进气流量可减少产品气O2浓度、增加CH4浓度,增大气源压力将提高CH4回收率、降低O2和CH4浓度,分离过程中吸附塔内混合气体不具有爆炸危险性。（2）将氧气-甲烷浓度比Rmix作为反映低浓度瓦斯组分的关键变量,研究了其对SOFC各项性能的影响规律,揭示了低浓度瓦斯中O2在阳极反应动力学中的作用机制,分析了SOFC对H2S和高级烷烃的可容忍程度,从而论证了低浓度瓦斯燃料电池的可行性,并为优化电池工况条件提供了重要参考。结果表明,SOFC对低浓度瓦斯的组分变化(0≤mix≤1.1)具有较强适应性,可保持较高的电化学性能和长期放电稳定性;增大Rmix将使SOFC开路电压、内重整效率和高温下功率密度减小,使浓差极化和氧化风险增大,但也会减少阳极积碳、硫中毒和活化极化损失,综合各项性能的Rmix最优区间为0.25≤mix≤0.8;阳极低浓度瓦斯的氧化放热反应随Rmix增大先增强后减弱;低浓度瓦斯中O2的氧化作用可提高阳极对H2S和高级烷烃的容忍程度;增大Rmix有利于阳极表面传质和电荷转移,但会阻碍电化学活性气体H2和CO的产生和扩散。（3）建立了多场耦合的非均相基元反应动力学和电荷传输模型,阐明了低浓度瓦斯在电池阳极的反应机理。计算结果表明含氧低浓度瓦斯在阳极入口区域主要发生CH4部分/完全氧化反应,但沿流动方向CH4的湿重整和水煤气变换反应逐步增强;O2可解离吸附在Ni金属表面促进Ni表面CHx转化并去除积碳。该模型计算结果表明当0.25≤mix≤0.8时阳极不会出现积碳和氧化,提高瓦斯流量和增大阳极孔径、厚度和比表面积可提高电池放电性能。（4）针对低浓度瓦斯燃料电池阳极积碳的问题,研发了新型抗积碳阳极重整层材料Mo掺杂的NiTiO3（Mo-NiTiO3）,并分析了其抗积碳性能和机理。该材料在SOFC阳极高温还原气氛中可原位分解为纳米网状结构的Mo-TiO2-δ和Ni金属的复合材料,具有强吸水性和强催化活性以及数量众多的纳米级反应界面,因此可大幅促进CH4的湿重整和水煤气变换等反应,从而消除积碳,并产生大量H2和CO活性气体。利用TiO2-δ基体上的Ni金属进行积碳测试和同步辐射X射线吸收光谱分析,进一步验证了重整层材料的抗积碳性能及机理。实验研究发现有重整层的电池利用低浓度瓦斯时电化学性能、阳极内重整性能、抗积碳性能和长期放电稳定性均大幅优于不含重整层的电池。（5）以实际工程中采用的较大功率燃料电池堆为实验对象,分析了其利用低浓度瓦斯时的发电性能及其影响因素,并以实验性能参数为基础进行了低浓度瓦斯燃料电池发电系统设计,对于指导该技术的工程实践和优化具有重要意义。研究表明以低浓度瓦斯((8CH4=13%)为燃料时电池堆可保持较高的电化学性能,功率密度为150 mW/cm2,发电效率达到38.23%,最高效率工况下燃料利用率达到72.2%,电池堆不同区域温差较小,不会因瓦斯氧化放热而出现热失控,且可保持长时间的放电稳定性,由此证明了在实际工程应用条件下低浓度瓦斯燃料电池堆发电的高效性和稳定性。一定范围内燃料中CH4浓度降低对电池堆性能影响较小,减小N2含量和低浓度瓦斯流量可提高电堆功率密度,但当运行温度低于730 oC时电堆性能将大幅衰减。另外,进行了50 kW低浓度瓦斯燃料电池发电系统设计,给出了关键工程参数,并分析了成本和收益,表明该系统具有良好的市场应用前景。以上研究成果为基于固体氧化物燃料电池的低浓度瓦斯利用技术提供了初步的理论、实验和实践基础,对于该项技术的后续优化也具有指导意义。该论文有图168幅,表16个,参考文献159篇。
苏煊埔[9]（2020）在《固体氧化物燃料电池发电系统建模与空气流量控制研究》文中进行了进一步梳理固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell,SOFC）是一种新兴的电化学发电技术,可利用氢能与碳基化石燃料发电,效率高而且无污染,是当今新能源研究领域的热点研究方向,对解决能源问题与环境污染问题具有重要意义。SOFC余热利用价值高,燃料种类丰富,而且有与其他系统联合发电的多种前景,故对其进行多种流程和工况的模拟分析是SOFC发电系统研究的重要步骤。此外,SOFC的空气流量控制系统也是SOFC发电系统最重要的环节之一,根据发电系统工况变化,实时供应对应所需的空气流量对于SOFC发电系统是保证发电系统性能、稳定性和寿命的重要环节。本文首先以SOFC发电系统为研究对象,基于Aspen Plus软件建立系统流程仿真模型,并根据结果进行模型优化,而后针对系统中的关键部件及系统关键参数变化对性能的影响展开相关研究,得到了系统主要可控运行参数如燃料利用率、燃料流量等对系统性能的基本影响规律,也建立了基于实际工况U-I曲线的4-6kW的SOFC发电系统模型,分析了不同电堆入口温度的影响以及各功率规格发电系统的性能对比,将以上分析作为依据设定该流程模型方案下的最优工作参数,并为后续的空气流量控制研究提供指导。第二部分,基于MATLAB软件的系统辨识工具箱功能完成SOFC发电系统空气流量控制过程传递函数的辨识,通过MATLAB/Simulink平台建立SOFC空气流量控制的仿真模型并进行优化,引入增加史密斯预估补偿的控制模型,模型控制效果良好。在此基础上,根据实验的要求在LabVIEW软件中编写空气流量控制系统的上位机软件,基于仿真模型的相关参数,进行了实验研究。通过实验台安装的传感器采集实验数据,而后分析实验数据,对比仿真结果,验证了控制效果,发现增加史密斯预估补偿的控制效果良好,实验过程中无超调和震荡现象发生。
胡焦英[10]（2020）在《固体氧化物燃料电池混合航空动力系统能量流分析和优化》文中研究指明为了减少飞机污染物排放以及增加燃油效率,本文针对固体氧化物燃料电池-涡轮发动机混合动力装置（SOFC/GT）作为飞机的辅助动力装置（APU）展开研究。首先在MATLAB/SIMULINK仿真平台建立了基于航空煤油重整的固体氧化物燃料电池（SOFC）数学仿真模型,并针对重整器模型和固体氧化物燃料电池模型进行了可靠性验证;在此基础上,研究了SOFC电堆的工作压力、工作温度以及燃料利用率等参数对SOFC电堆工作性能的影响。研究结果表明,适当增大电堆的工作压力以及工作温度或者降低燃料利用率可以提高SOFC电堆的性能,但是考虑到SOFC电堆密封困难、材料耐高温性能以及运行成本等问题,SOFC电堆的工作温度应在1173～1273K范围内,工作压力应该控制在0.4MPa以下,燃料利用率选取为80%～85%。其次,提出了5种不同的SOFC/GT系统架构,基于所提出的拓扑结构,采用模块化建模方法,建立了SOFC/GT混合动力装置数学仿真模型,并基于该模型研究了燃油利用率、空气流量、燃油流量以及压气机压比等系统参数对系统性能的影响。研究结果表明,设计点工况下,最佳混合动力系统的发电效率能达到45%,体现出良好的系统性能;当燃油利用率为0.82时混合动力系统的效率和输出功率最高;随着燃油流量（0.0511mol/s～0.0584mol/s）的增加,混合动力系统的效率和功率均增加;而随着压气机压比（2.5～3.3）或者空气流量（37mol/s～44mol/s）的增加,混合动力系统的效率和功率都减小。再次,面向飞机飞行工况变化对于混合动力装置负载提出的不同需求,利用改进的量子粒子群优化算法（IQPSO）完成了系统决策变量优化的研究,并将优化后结果代入仿真模型中,得到了变负载情况下SOFC/GT输出功率的最佳轨迹。研究发现,在地面运行时,系统的电效率值为45.32%,并且随着高度的增加,混合动力装置的电效率是逐渐增大的,当飞机处于巡航阶段时,系统的电效率值达到了58%。最后,基于?分析方法,建立了SOFC/GT混合动力装置能量流分析模型,计算并分析了设计工况下混合动力装置中各设备的?效率、?损率和?损系数,并且针对系统薄弱环节提出了一种改进方案。研究结果表明,排放到大气中的废气?损失占整个装置的22.72%,是系统中?损失最大的部分,其次是加热通入系统中水的换热器,占比为16.8%;在地面阶段,改进的系统效率提高了6%左右,在巡航阶段也较原来系统提高了2%。
二、固体氧化物燃料电池发电系统的模拟与优化（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、固体氧化物燃料电池发电系统的模拟与优化（论文提纲范文）
（1）可逆固体氧化物燃料电池-储能系统概念设计与应用场景识别（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 主要符号对照表 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及意义 |
| 1.2 储能系统 |
| 1.2.1 储能系统介绍 |
| 1.2.2 物理储能 |
| 1.2.3 电化学储能 |
| 1.2.4 电磁储能 |
| 1.2.5 基于氢气及其衍生物的化学储能 |
| 1.3 SOFC与储能技术 |
| 1.3.1 SOFC原理及发展 |
| 1.3.2 SOFC应用研究 |
| 1.3.3 应用研究中的主要问题 |
| 1.4 论文主要研究内容 |
| 第2章 RSOC电厂概念设计与应用场景识别方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 RSOC电厂概念设计与应用序贯优化方法 |
| 2.2.1 基于固体氧化物电解槽的电制气系统概念设计方法 |
| 2.2.2 机组组合问题 |
| 2.3 储能系统容量鲁棒优化 |
| 2.3.1 不确定参数量化方法 |
| 2.3.2 敏感性分析方法 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 RSOC电厂就地储能 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 双模式RSOC电厂概念与系统边界 |
| 3.3 RSOC电厂概念设计与应用序贯优化方法 |
| 3.4 RSOC电厂概念设计方法 |
| 3.4.1 约束条件 |
| 3.4.2 目标函数 |
| 3.4.3 模型及决策变量 |
| 3.4.4 RSOC电厂设计库 |
| 3.5 机组组合 |
| 3.5.1 目标函数 |
| 3.5.2 约束条件 |
| 3.6 案例分析 |
| 3.6.1 案例介绍 |
| 3.6.2 经济性评估中的参数假设 |
| 3.6.3 RSOC电厂设计预选 |
| 3.6.4 案例优化结果 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 RSOC电厂调峰 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 三模式调峰电厂概念与系统边界 |
| 4.2.1 三模式调峰电厂概念 |
| 4.2.2 系统边界 |
| 4.2.3 技术选择 |
| 4.3 三模式电厂设计与应用序贯优化方法 |
| 4.4 三模式电厂概念设计方法 |
| 4.4.1 约束条件和主要性能指标 |
| 4.4.2 模型假设 |
| 4.4.3 目标函数与决策变量 |
| 4.4.4 三模式电厂设计库 |
| 4.5 机组组合 |
| 4.5.1 目标函数 |
| 4.5.2 约束条件 |
| 4.6 案例分析 |
| 4.6.1 案例介绍 |
| 4.6.2 电网调峰需求 |
| 4.6.3 生物质资源评估 |
| 4.6.4 三模式电厂设计预选 |
| 4.6.5 模型假设 |
| 4.6.6 优化结果 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 储能系统配置鲁棒优化 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 就地储能系统配置优化模型 |
| 5.3 不确定参数量化 |
| 5.3.1 风电出力与预测误差不确定性量化 |
| 5.3.2 不确定参数区间 |
| 5.4 就地储能系统容量鲁棒优化模型 |
| 5.5 案例分析 |
| 5.5.1 案例介绍 |
| 5.5.2 RSOC就地储能系统 |
| 5.5.3 燃料电池-电解槽就地储能系统 |
| 5.5.4 锂电池就地储能 |
| 5.5.5 三种就地储能技术对比 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 主要研究成果 |
| 6.2 本文的主要创新点 |
| 6.3 后续工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士期间发表的论文及其他成果 |
| 攻读博士期间参加的科研工作 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（2）固体氧化物燃料电池电堆集成结构设计与仿真（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.1.1 固体氧化物燃料电池介绍 |
| 1.1.2 SOFC工作原理 |
| 1.1.3 SOFC基本理论 |
| 1.1.4 SOFC的极化损失 |
| 1.2 国内外研究现状及发展趋势 |
| 1.2.1 SOFC电池及电堆集成结构 |
| 1.2.2 SOFC电堆仿真 |
| 1.2.3 SOFC发电系统 |
| 1.3 本文研究内容 |
| 第2章 SOFC数值模拟及CFD概况 |
| 2.1 SOFC数值模型 |
| 2.2 计算流体力学概况 |
| 2.2.1 CFD控制方程 |
| 2.2.2 层流和湍流模型介绍 |
| 2.2.3 CFD求解过程 |
| 2.3 本文所用到的CFD软件介绍 |
| 2.3.1 前处理软件ICEM |
| 2.3.2 求解软件FLUENT |
| 第3章 6KW电堆配气结构初步设计 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 建立模型 |
| 3.2.1 单电堆模型介绍 |
| 3.2.2 6kW电堆集成方案与外部配气结构设计 |
| 3.3 网格划分与边界条件 |
| 3.3.1 网格划分与无关性验证 |
| 3.3.2 边界条件 |
| 3.4 单一分流口及三分流口配气腔分析 |
| 3.4.1 实验方案设计 |
| 3.4.2 结果对比及分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 基于正交试验与BP神经网络的6KW电堆配气结构参数分析及优化 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 BP神经网络模型介绍 |
| 4.2.1 人工神经网络概念 |
| 4.2.2 BP神经网络 |
| 4.3 3×2电堆布置方案分析及优化 |
| 4.3.1 正交试验方案设计 |
| 4.3.2 BP神经网络模型建立及预测误差分析 |
| 4.3.3 正交试验极差因素分析及优化 |
| 4.3.4 优化前后结果对比 |
| 4.3.5 电堆集成结构表面积优化 |
| 4.4 2×3电堆布置方案分析及优化 |
| 4.4.1 正交试验方案设计 |
| 4.4.2 正交试验极差因素分析及优化 |
| 4.5 1×6电堆布置方案分析及优化 |
| 4.5.1 正交试验方案设计 |
| 4.5.2 正交试验极差因素分析及优化 |
| 4.6 6×1电堆布置方案分析及优化 |
| 4.6.1 正交试验方案设计 |
| 4.6.2 正交试验极差因素分析及优化 |
| 4.6.3 电堆集成结构表面积优化 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果 |
| 致谢 |
（3）固体氧化物燃料电池中气体传输与极化的数值模拟（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 固体氧化物燃料电池简介 |
| 1.2.1 工作原理 |
| 1.2.2 电解质材料 |
| 1.2.3 电极材料 |
| 1.2.3.1 阴极材料 |
| 1.2.3.2 阳极材料 |
| 1.3 极化损耗的分类和影响因素 |
| 1.3.1 活化极化与毒化 |
| 1.3.2 浓差极化与气体传输 |
| 1.3.3 欧姆极化及影响因素 |
| 1.3.4 极化损耗与电池的构效关系 |
| 1.4 理论计算在研究极化损耗中的应用 |
| 1.4.1 数值模拟的分类 |
| 1.4.2 国内外关于极化损耗的理论研究现状 |
| 1.5 本文主要工作 |
| 1.5.1 选题依据 |
| 1.5.2 本论文的结构安排 |
| 1.5.3 本论文特色与创新之处 |
| 第二章 电解质的气体渗漏与浓差极化 |
| 2.1 固体氧化物燃料电池薄层电解质 |
| 2.2 理论模型与计算方法 |
| 2.2.1 模型的建立 |
| 2.2.2 计算参数 |
| 2.3 浓差极化结果与讨论 |
| 2.3.1 渗漏气体之间不发生反应 |
| 2.3.2 渗漏气体之间完全反应 |
| 2.3.3 渗漏气体之间部分发生反应 |
| 2.4 欧姆电阻的结果与讨论 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 电极孔隙截面与电池的浓差极化 |
| 3.1 固体氧化物燃料电池多孔电极的孔形貌 |
| 3.2 理论模型与计算方法 |
| 3.2.1 模型的建立 |
| 3.2.2 计算参数 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 孔截面形状与气体扩散系数 |
| 3.3.2 孔截面形状与极限电流密度 |
| 3.3.3 孔截面形状与浓差极化 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 高温下电极材料热膨胀及其导致的极化 |
| 4.1 固体氧化物燃料电池材料热膨胀 |
| 4.2 理论模型与计算方法 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 热膨胀时极限电流的变化 |
| 4.3.2 热膨胀时浓差极化的变化 |
| 4.3.3 热膨胀时欧姆极化的变化 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 气体扩散与硫毒化的协同效应 |
| 5.1 固体氧化物燃料电池阳极硫毒化 |
| 5.2 理论模型与计算方法 |
| 5.2.1 模型的建立 |
| 5.2.1.1 表面反应的化学表达式 |
| 5.2.1.2 含S物种在表面覆盖度与气体扩散的关系 |
| 5.2.1.3 气体扩散及电流的关系 |
| 5.2.2 扩散毒化与电极能量损耗 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.3.1 含硫物种在Ni表面覆盖 |
| 5.3.2 工作温度与H2S浓度 |
| 5.3.3 电极孔径尺寸与电流 |
| 5.3.4 电极孔隙形态与电极厚度 |
| 5.3.5 模型与文献实验结果的比较 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 阴极孔结构与铬中毒对电池性能的影响 |
| 6.1 阴极铬中毒 |
| 6.2 理论模型与计算方法 |
| 6.2.1 铬的沉积机理与沉积速率 |
| 6.2.2 电极结构与气体扩散 |
| 6.2.3 电化学反应以及三相界面的变化 |
| 6.2.4 阴极的性能 |
| 6.3 结果与讨论 |
| 6.3.1 铬的沉积对电极中气体扩散的影响 |
| 6.3.2 局域电流在电极中的分布 |
| 6.3.3 不同微结构电极的寿命评估 |
| 6.3.4 不同微结构电极的浓差极化和活化极化 |
| 6.3.5 不同微结构电极的面积比电阻 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 结论与展望 |
| 7.1 本文的主要贡献 |
| 7.2 本工作中存在的不足 |
| 7.3 下一步工作的展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻博期间取得的研究成果 |
（4）基于SOFC/GT的新型联供系统热力学分析及多目标优化研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景、目的和意义 |
| 1.2 固体氧化物燃料电池简介及国内外研究现状 |
| 1.2.1 固体氧化物燃料电池简介 |
| 1.2.2 固体氧化物燃料电池国内外研究现状 |
| 1.3 课题研究内容 |
| 1.4 课题研究的目的意义 |
| 第二章 固体氧化物燃料电池工作原理及模型建立 |
| 2.1 固体氧化物燃料电池的工作原理 |
| 2.2 固体氧化物燃料电池的建模仿真 |
| 2.2.1 质量守恒方程 |
| 2.2.2 电化学方程 |
| 2.2.3 能量守恒方程 |
| 2.3 固体氧化物燃料电池的模型验证 |
| 第三章 基于燃料电池余热利用的TRCC串联系统 |
| 3.1 系统介绍 |
| 3.2 SOFC/GT主要部件建模 |
| 3.2.1 压缩机/水泵 |
| 3.2.2 混合器 |
| 3.2.3 燃气轮机及透平 |
| 3.2.4 后燃烧室 |
| 3.2.5 预热器及余热锅炉 |
| 3.3 其余部件建模及评价指标建模 |
| 3.3.1 跨临界二氧化碳循环模型 |
| 3.3.2 LNG冷(?)利用模型 |
| 3.3.3 能量评价指标 |
| 3.3.4 (?)分析 |
| 3.4 计算结果及分析 |
| 3.4.1 计算结果 |
| 3.4.2 参数分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 改进型SOFC/GT热电联产一体化系统 |
| 4.1 改进型系统介绍 |
| 4.2 模型建立 |
| 4.2.1 跨临界二氧化碳循环模型 |
| 4.2.2 LNG冷(?)利用模型 |
| 4.2.3 能量评价指标 |
| 4.3 计算结果及分析 |
| 4.3.1 系统输入参数及计算结果 |
| 4.3.2 SOFC重要参数的热力学分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 一体化系统的经济性分析及多目标优化 |
| 5.1 多目标优化的算法选择 |
| 5.2 遗传算法 |
| 5.2.1 遗传算法介绍 |
| 5.2.2 NSGA-Ⅱ |
| 5.2.3 遗传算法中的协同仿真 |
| 5.3 经济性分析 |
| 5.3.1 系统经济性的模型建立 |
| 5.3.2 经济性分析 |
| 5.4 优化过程 |
| 5.4.1 目标函数 |
| 5.4.2 设计参数和约束条件 |
| 5.4.3 TOPSIS决策 |
| 5.4.4 优化结果及讨论 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表及录用学术论文 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（5）固体氧化物燃料电池非平衡态热力学研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.1.1 中国能源结构 |
| 1.1.2 SOFC国内外发展现状 |
| 1.2 固体氧化物燃料电池概述 |
| 1.3 能量系统的非平衡态热力学 |
| 1.4 SOFC系统非平衡态热力学熵产分析的研究进展及意义 |
| 1.4.1 SOFC熵产分析的研究进展 |
| 1.4.2 SOFC熵产与?分析的必要性和意义 |
| 1.5 本文研究内容 |
| 2 建立SOFC内部不可逆传递过程的理论模型 |
| 2.1 物理模型 |
| 2.2 唯象输运方程 |
| 2.2.1 电荷传输及电化学动力学模型 |
| 2.2.2 极化现象的描述 |
| 2.2.3 质量传递 |
| 2.2.4 动量传递 |
| 2.2.5 热量传递 |
| 2.2.6 甲烷蒸汽重整动力学 |
| 2.3 SOFC不可逆过程熵产平衡方程 |
| 2.4 SOFC系统的?损失 |
| 2.5 SOFC发电效率与?效率方程 |
| 2.6 求解方法 |
| 2.7 本章小结 |
| 3 H_2-SOFC和 CH_4-SOFC实验验证 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 实验材料与设备 |
| 3.2.2 实验装置与流程 |
| 3.3 实验和数值计算结果对比 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 H_2-SOFC的非平衡态热力学 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 输运特性参数在电池长度方向上的分布 |
| 4.3 操作参数对H_2-SOFC系统性能的影响 |
| 4.3.1 温度的影响 |
| 4.3.2 H_2初始摩尔分数的影响 |
| 4.3.3 入口燃料流量的影响 |
| 4.3.4 工作电压下操作参数对全局熵产的影响 |
| 4.4 结构设计对H_2-SOFC系统性能的影响 |
| 4.4.1 RCR和 CSR对全局熵产的影响 |
| 4.4.2 RCR与 CSR对电池性能的影响 |
| 4.5 通道数对H_2-SOFC性能的影响 |
| 4.5.1 通道数对H_2-SOFC的 I-V-P性能影响 |
| 4.5.2 工作电压下通道数对全局熵产的影响 |
| 4.5.3 发电过程中通道数对电池性能的影响 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 CH_4-SOFC非平衡态热力学性能 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 局部熵产在SOFC中的分布图 |
| 5.3 全局熵产在发电过程中的变化规律 |
| 5.4 操作参数对CH_4-SOFC系统性能的影响 |
| 5.4.1 温度的影响 |
| 5.4.2 S/C的影响 |
| 5.4.3 甲烷预重整率的影响 |
| 5.5 RCR和 CSR对 CH_4-SOFC系统性能的影响 |
| 5.5.1 工作电压下RCR与 CSR对全局熵产的影响 |
| 5.5.2 RCR和 CSR对 CH_4-SOFC的 I-V-P性能影响 |
| 5.5.3 RCR和 CSR对 CH_4-SOFC不可逆性及和效率的影响 |
| 5.6 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（6）固体氧化物燃料电池的智能控制算法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状及问题 |
| 1.3 本文研究方法与内容 |
| 1.4 本文的结构 |
| 第2章 固体氧化物燃料电池的电特性建模 |
| 2.1 SOFC结构及发电原理简述 |
| 2.2 SOFC电化学模型的建立 |
| 2.3 SOFC可调参数模型的建立 |
| 2.3.1 SOFC中各种气体分压的计算 |
| 2.3.2 SOFC中可调参数的设计 |
| 2.3.3 SOFC中内部电流的计算 |
| 2.4 SOFC输入输出特性分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 固体氧化物燃料电池的PID控制 |
| 3.1 PID的基本工作原理 |
| 3.2 SOFC的 PID控制结构设计 |
| 3.3 SOFC的 PID控制 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 固体氧化物燃料电池的智能控制算法研究 |
| 4.1 SOFC的智能PID控制结构设计 |
| 4.2 SOFC的粒子群PID控制 |
| 4.2.1 粒子群PID的工作原理 |
| 4.2.2 理想状态下SOFC的粒子群PID控制 |
| 4.2.3 干扰条件下SOFC的粒子群PID控制 |
| 4.3 SOFC的遗传算法PID控制 |
| 4.3.1 遗传算法PID的工作原理 |
| 4.3.2 理想状态下SOFC的遗传算法PID控制 |
| 4.3.3 干扰条件下SOFC的遗传算法PID控制 |
| 4.4 粒子群PID与遗传算法PID的比较 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 5.2.1 目前有关SOFC未解决的问题 |
| 5.2.2 未来可能开展的工作 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 硕士研究生阶段主持和参加的科研项目 |
| 硕士研究生阶段公开发表的论文 |
| MATLAB程序代码 |
| SIMULINK模型 |
| 致谢 |
（7）中空对称双阴极结构固体氧化物燃料电池电性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 固体氧化物燃料电池技术简介 |
| 1.3 固体氧化物燃料电池关键材料 |
| 1.4 固体氧化物燃料电池构型 |
| 1.5 本课题研究的内容与意义 |
| 第二章 实验原料、设备与测试方法 |
| 2.1 实验原料与设备 |
| 2.2 样品表征方法 |
| 2.3 电池电化学性能测试 |
| 第三章 中空对称双阴极SOFC热循环稳定性研究 |
| 3.1 中空对称双阴极结构SOFC热循环稳定性研究 |
| 3.2 中空对称双阴极结构SOFC快速热循环性能降解机理研究 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 中空对称双阴极SOFC不同运行模式下稳定性研究 |
| 4.1 中空对称双阴极结构SOFC短期性能 |
| 4.2 中空对称双阴极结构SOFC长期稳定性 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 中空对称双阴极SOFC电池堆性能研究 |
| 5.1 中空对称双阴极结构SOFC电堆短期电化学性能研究 |
| 5.2 中空对称双阴极结构SOFC电池短堆长期稳定性 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 个人简介 |
（8）基于固体氧化物燃料电池的煤矿低浓度瓦斯高效清洁利用研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| abstract |
| 变量注释表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 煤矿瓦斯利用技术研究现状 |
| 1.3 固体氧化物燃料电池(SOFC)原理 |
| 1.4 利用氧气和燃气预混气体的SOFC研究现状 |
| 1.5 SOFC利用低浓度瓦斯时存在的主要问题及研究现状 |
| 1.6 主要研究内容 |
| 2 低浓度瓦斯脱氧提浓预处理研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 符合常规SOFC运行要求的瓦斯组分分析 |
| 2.3 煤矿低浓度瓦斯在碳分子筛上的吸附分离特性研究 |
| 2.4 低浓度瓦斯微压真空变压吸附脱氧提浓实验 |
| 2.5 低浓度瓦斯脱氧提浓动力学过程的数值模拟及安全性评价 |
| 2.6 本章小节 |
| 3 低浓度瓦斯组分对燃料电池性能的影响规律研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验系统及方法 |
| 3.3 低浓度瓦斯氧气-甲烷浓度比对SOFC性能的影响机理 |
| 3.4 低浓度瓦斯中H2S和高级烷烃对SOFC性能的影响机理 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 低浓度瓦斯燃料电池反应机理的数值模拟 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 模型建立与验证 |
| 4.3 低浓度瓦斯在燃料电池阳极的化学反应机理研究 |
| 4.4 低浓度瓦斯燃料电池性能的影响因素分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 低浓度瓦斯燃料电池的抗积碳阳极重整层研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验准备 |
| 5.3 重整层材料抗积碳特性及机理研究 |
| 5.4 含抗积碳重整层的低浓度瓦斯燃料电池性能研究 |
| 5.5 含重整层与不含重整层的低浓度瓦斯燃料电池性能对比研究 |
| 5.6 本章小结 |
| 6 面向工程的低浓度瓦斯燃料电池堆性能评价及系统设计 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 实验准备 |
| 6.3 以低浓度瓦斯为燃料的单片电池堆性能研究 |
| 6.4 以低浓度瓦斯为燃料的四片电池堆性能研究 |
| 6.5 低浓度瓦斯燃料电池发电系统工程设计 |
| 6.6 本章小结 |
| 7 结论与展望 |
| 7.1 主要结论 |
| 7.2 主要创新点 |
| 7.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
| 学位论文数据集 |
（9）固体氧化物燃料电池发电系统建模与空气流量控制研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 选题背景 |
| 1.2 课题研究意义 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.3.1 国外SOFC发电系统研究现状 |
| 1.3.2 国内SOFC发电系统研究现状 |
| 1.3.3 国内外SOFC系统建模研究现状 |
| 1.3.4 国内外SOFC系统控制及空气流量控制相关研究现状 |
| 1.4 论文结构与安排 |
| 第2章 固体氧化物燃料电池发电系统模拟 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 SOFC工作原理和结构 |
| 2.2.1 SOFC工作原理 |
| 2.2.2 SOFC结构 |
| 2.3 固体氧化物燃料电池发电系统建模基础 |
| 2.3.1 Aspen Plus简介 |
| 2.3.2 电化学计算模型及性能评价公式 |
| 2.4 固体氧化物燃料电池发电系统流程模型建立 |
| 2.4.1 SOFC电堆模型 |
| 2.4.2 燃烧器模型 |
| 2.4.3 SOFC发电系统模型 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 固体氧化物燃料电池发电系统模型优化分析 |
| 3.1 优化后的SOFC系统模型 |
| 3.1.1 模型模拟计算条件 |
| 3.1.2 优化后SOFC系统模型建立 |
| 3.1.3 优化后SOFC系统模型稳态运行结果 |
| 3.2 优化后SOFC系统模型变工况分析 |
| 3.2.1 阳极尾气循环率及氧离子浓度对SOFC系统的影响 |
| 3.2.2 燃料利用率变化对SOFC系统的影响 |
| 3.2.3 燃料流量变化对SOFC系统的影响 |
| 3.3 模拟4-6KW的SOFC发电系统分析 |
| 3.3.1 4-6kW发电系统主要参数结果 |
| 3.3.2 4-6kW发电系统不同电堆进口温度的影响 |
| 3.4 SOFC发电系统控制策略和控制逻辑分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 固体氧化物燃料电池发电系统空气流量控制研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 PID控制方法简介 |
| 4.3 PID控制传递函数辨识 |
| 4.3.1 实验采集参数 |
| 4.3.2 传递函数辨识 |
| 4.4 SOFC发电系统空气流量PID控制仿真 |
| 4.4.1 基于Ziegler-Nichols整定法的空气流量控制仿真 |
| 4.4.2 空气流量控制PID参数优化仿真 |
| 4.5 增加史密斯预估补偿的SOFC空气流量控制 |
| 4.5.1 史密斯预估补偿器原理 |
| 4.5.2 增加史密斯预估器的SOFC空气流量控制仿真 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 SOFC发电系统空气流量控制模型实验验证 |
| 5.1 SOFC发电系统空气流量控制测试实验台的设计 |
| 5.2 SOFC发电系统空气流量控制测试实验台上位机软件设计 |
| 5.2.1 引言 |
| 5.2.2 上位机软件的子模块设计 |
| 5.3 空气流量控制模型实验验证 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 主要结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 致谢 |
（10）固体氧化物燃料电池混合航空动力系统能量流分析和优化（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 固体氧化物燃料电池(SOFC) |
| 1.2.1 燃料电池的分类 |
| 1.2.2 SOFC的发展现状 |
| 1.3 飞机SOFC/GT研究现状与发展 |
| 1.4 本论文的主要工作 |
| 第二章 固体氧化物燃料电池建模和性能研究 |
| 2.1 固体氧化物燃料电池建模 |
| 2.1.1 SOFC物质平衡的数学模型 |
| 2.1.2 SOFC能量平衡的数学模型 |
| 2.1.3 SOFC电特性数学模型 |
| 2.1.4 SOFC总体模型 |
| 2.2 SOFC电堆的性能分析 |
| 2.2.1 模型验证 |
| 2.2.2 工作温度 |
| 2.2.3 工作压力 |
| 2.2.4 燃料利用率 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 基于航空煤油重整的SOFC/GT系统架构优化与性能研究 |
| 3.1 SOFC/GT混合动力装置拓扑结构 |
| 3.2 模型建立 |
| 3.2.1 涡轮发动机的数学模型 |
| 3.2.2 换热器的数学模型 |
| 3.2.3 发电机的数学模型 |
| 3.2.4 泵的数学模型 |
| 3.2.5 混合器模型 |
| 3.2.6 SOFC/GT数学模型 |
| 3.3 SOFC/GT混合动力装置参数设计 |
| 3.4 SOFC/GT混合动力装置系统结构选型 |
| 3.5 SOFC/GT混合动力装置性能分析 |
| 3.5.1 额定工况性能分析 |
| 3.5.2 变工况性能分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 SOFC/GT混合动力装置多目标优化 |
| 4.1 量子粒子群优化算法及其改进算法 |
| 4.1.1 粒子群优化算法(PSO) |
| 4.1.2 量子粒子群优化算法(QPSO) |
| 4.1.3 改进的量子粒子群算法(IQPSO) |
| 4.1.4 实例验证 |
| 4.2 改进的量子粒子群优化算法在SOFC/GT混合动力装置中的应用 |
| 4.3 仿真实验 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 SOFC/GT混合动力装置?分析 |
| 5.1 ?分析方法 |
| 5.1.1 环境模型 |
| 5.1.2 ?的组成 |
| 5.1.3 稳定流动系统的?平衡 |
| 5.2 SOFC/GT混合动力装置能量流分析模型 |
| 5.3 SOFC/GT混合动力装置分析计算结果 |
| 5.3.1 ?分析评价指标 |
| 5.3.2 ?分析结果 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 不足与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在学期间的研究成果及发表的学术论文 |
四、固体氧化物燃料电池发电系统的模拟与优化（论文参考文献）
- [1]可逆固体氧化物燃料电池-储能系统概念设计与应用场景识别[D]. 张雨檬. 华北电力大学(北京), 2021(01)
- [2]固体氧化物燃料电池电堆集成结构设计与仿真[D]. 张予豪. 华北电力大学(北京), 2021(01)
- [3]固体氧化物燃料电池中气体传输与极化的数值模拟[D]. 牛英华. 电子科技大学, 2020(03)
- [4]基于SOFC/GT的新型联供系统热力学分析及多目标优化研究[D]. 郭英伦. 山东大学, 2020(12)
- [5]固体氧化物燃料电池非平衡态热力学研究[D]. 靳红炜. 大连理工大学, 2020(02)
- [6]固体氧化物燃料电池的智能控制算法研究[D]. 顾吉鹏. 西北民族大学, 2020(08)
- [7]中空对称双阴极结构固体氧化物燃料电池电性能研究[D]. 杜志广. 长江大学, 2020(02)
- [8]基于固体氧化物燃料电池的煤矿低浓度瓦斯高效清洁利用研究[D]. 王鑫鑫. 中国矿业大学, 2020(01)
- [9]固体氧化物燃料电池发电系统建模与空气流量控制研究[D]. 苏煊埔. 华北电力大学(北京), 2020(06)
- [10]固体氧化物燃料电池混合航空动力系统能量流分析和优化[D]. 胡焦英. 南京航空航天大学, 2020(07)
标签：燃料电池论文; 电池论文; 固体氧化物燃料电池论文; 电池极化论文; 电池技术论文;