固体氧化物燃料电池–燃气轮机混合动力系统结构分析及性能综合评价
SOFC 联合循环系统性能分析
二、SOFC的工作原理与特性
SOFC具有许多优点。首先，其燃料适应性广，可以以氢气、甲烷等为燃料， 也可以利用煤气化等工业废气。其次，其能量转换效率高，通常可达60%以上。 此外，SOFC的排放物主要是二氧化碳和水，对环境影响小。然而，SOFC也存在一 些缺点，如启动时间长、运行温度高等。
三、联合循环系统的组成与特点
SOFC 联合循环系统性能分 析
01 一、引言
目录
02
二、SOFC的工作原理 与特性
03
三、联合循环系统的 组成与特点
04 四、SOFC-联合循环 系统的性能分析
05 五、结论
06 参考内容
一、引言
一、引言
随着能源需求的不断增长和环保意识的日益加强，高效、清洁的能源转换技 术成为了研究的热点。SOFC（Solid Oxide Fuel Cell，固体氧化物燃料电池） 作为一种新型的燃料电池技术，因其高效、环保的特性受到了广泛的。联合循环 系统则是将不同类型和特点的能源转换技术进行优化组合，以达到更高的能源利 用效率和更低的排放。本次演示将对SOFC-联合循环系统的性能进行分析。
二、煤气化链式燃烧联合循环系 统概述
二、煤气化链式燃烧联合循环系统概述
煤气化链式燃烧联合循环系统是一种将煤气化技术和链式燃烧技术相结合的 能源利用方式。该系统主要包括煤气化炉、蒸汽轮机、燃气轮机、余热回收等部 分。其中，煤气化炉将煤炭转化为气体燃料，蒸汽轮机利用高温高压的蒸汽驱动 发电机发电，燃气轮机利用气体燃料燃烧产生的热能驱动发电机发电，余热回收 部分将各部分的余热回收再利用。
1、优化设备选型和配置：选择高性能、低成本的设备，提高设备的可靠性和 稳定性。
四、改进建议与展望
2、加强技术研发和创新：不断研发新的技术和管理方法，提高系统的自动化 和智能化水平。
固体氧化物燃料电池与燃气轮机混合发电的发展及甲烷蒸汽重整的研究
第 ２期
《 燃
气
轮
机
技
术》
Ｖｏ ． ３ ＮＯ． １２ ２
２１ ０ ０年 ６月
ＧＡＳ ＴＵＲＢＩ ＮＥ ＴＥＣＨＮｏＬｏＧＹ
Ｊ ｎ ， ０１ ｕ ．２ ０
固体 氧 化 物 燃 料 电 池 与 燃 气 轮 机 混 合 发 电 的 发 展 及 甲烷 蒸 汽 重 整 的 研 究
（ Ｏ Ｃ 作为将燃料从化学能转变成 电能和热能 的 ＳＦ ） 能 量转 换装 置 ， 已经 成 为 最具 有 潜 力 的重 要 能 量 转 换工具之一 ， 其在燃料效率、 排放、 维修 和噪声污染 方 面都 有很 大 优势 。 从 减少 温 室 气 体 排 放 角 度 讲 ，Ｏ Ｃ可 以制 造 ＳＦ 高 浓度 Ｃ 因其 重 整 燃 料 气 和 氧 气 发 生 电化 学 反 Ｏ， 应， 并不 和 空气 混 合 。 因此 ， 可 以通 过 多 级 Ｓ Ｆ 就 ＯＣ 来 得 到 高浓 度 Ｃ 】 Ｏ 。燃 料 进 入 Ｓ Ｆ 中 ， 排 出 ＯＣ 其
物在 主体 相 和催化 剂 表 面 的传 导 和 扩 散 ， 涉及 到 也 催 化 剂 内部 ， 有 若 干 同步 并 行 或 穿 行 的 反 应 ¨ 还 …。
天 然气 的蒸 汽 重整 可 以通过 燃料 电池 的内部 重整 或
燃料电池燃气轮机（ Ｏ Ｃ— Ｔ 联合技术被认 ＳＦ Ｇ ） 为是达 到 高热 效率 电功率 的有 效手 段 。该技 术 已经 被西 门子 、 三菱 重 工 和罗 罗公 司 等开 发 Ｊ Ｏ Ｃ— 。Ｓ Ｆ Ｇ Ｔ混合发 电系统非常具有吸引力 ， 即便在小功率情 况下 （ ０ ２０—４０ Ｗ ） 效 率 也 可 以 达 到 ６％ 。 ０ｋ 其 ０
氧化 物燃料电池的蒸汽重整技术 为该 联合提供 了重要 的技术支持 。本文设计 了固体氧化物燃料 电池的结构 ， 并进行 甲烷 蒸汽重整的模拟计算 ， 计算结果显示燃料 电池排 气温度达到 １３ ０ ８ Ｋ左右时 ， 有很高 的能量利 用价
固体氧化物燃料电池的研究与应用
固体氧化物燃料电池的研究与应用固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）是一种高效清洁的电化学发电系统，其效率高于传统的燃气发电机组和化石能源发电厂。
SOFC作为一种新型能源技术，具有显著的应用潜力。
一、SOFC的原理及研究进展SOFC以氧化物为电解质，通过将氧原子离子（O2-）导向阳极，导电的质子（H+）则通过电解质层，进入阴极并与氧元素结合形成水，同时在阳极与燃料反应氧化形成二氧化碳。
SOFC的核心部件为固体氧化物电池，开发高效、稳定的电解质、阳极和阴极材料是此类电池关键的研究方向。
近年来，SOFC在小型化、高密度和耐久性等方面得到了显著进展。
传统的SOFC系统在使用较长时间后往往会出现降低输出功率的情况，但今天的研究结合了具有更好稳定性的陶瓷材料，并通过设计改善氧化物电极结构，使得SOFC寿命和电化学性能得到了显著提高。
此外，光学计算模拟技术和材料科学研究手段被应用于SOFC的结构设计中，以优化喷印和构件装配的效率，并提高SOFC的能量密度和稳定性。
二、SOFC的应用领域1、战略能源设备SOFC作为一个能够有效解决环境污染和减排难题的绿色能源，其在国防和军事工业领域的应用有望成为未来国家发展的一大重要方向。
尤其是在高纯氢气和小型化燃料电池系统的应用，以及任意气体燃料供应的问题上，都具有广泛的应用前景。
2、能源供应SOFC被广泛视为是未来能源的方向，可以发挥其优异的高效性能，在城市供电、工业生产、居民采暖、航空航天和汽车等领域进行广泛的应用。
随着SOFC技术的不断改进，SOFC电力系统将会被广泛应用于能源供应方面。
SOFC燃料电池可直接使用天然气、石油天然气、乙醇、甲烷等碳氢化合物燃料，其高效、经济、环保的特点受到社会各界的认可。
3、环保节能SOFC作为一种低能耗、低污染的绿色能源，可有效地节约能源、减少二氧化碳等有害气体的排放。
SOFC与光伏、风力发电技术的结合，有望推动能源革命进一步发展，实现真正的绿色低碳生态。
能源材料固体氧化物燃料电池(SOFC)
常见种类
常见的阳极材料包括掺杂的金属氧化 物、复合金属氧化物和钙钛矿型材料 等。
阴极材料
适用范围
阴极材料主要用于固体氧化物燃料电池中的氧还原反应， 要求具有良好的氧还原催化活性、电子导电性和稳定性。
常见种类
常见的阴极材料包括钙钛矿型材料、层状结构材料和复合 阴极材料等。
发展趋势
为了提高SOFC的阴极性能，研究者们正在探索具有高氧 还原催化活性、高电子导电性和稳定性的新型阴极材料， 如过渡金属氧化物、氮化物和碳化物等。
密封与连接
采用合适的密封材料和工艺，确保电池的气密 性和稳定性，同时将电极引出线与外部电路连 接。
电性能测试
测量 SOFC的电压、电流和功率等电 性能参数，以评估其性能表现。
稳定性测试
通过长时间运行测试，观察SOFC的性能 衰减情况，评估其使用寿命和可靠性。
环境适应性测试
在不同温度、湿度和压力等环境下测试 SOFC的性能表现，以评估其实际应用能 力。
组件制备
01
02
03
流延成型
将制备好的粉末与粘结剂 混合，通过流延机制备出 薄膜状的电解质和连接体。
热压成型
将粉末填充到模具中，通 过热压成型制备出电极和 连接体组件。
烧结
在一定温度下对组件进行 烧结，去除粘结剂并使粉 末颗粒间形成致密的陶瓷 相。
电池装配
组件叠层
将电极、电解质和连接体按照设计好 的顺序叠层装配在一起。
低成本化
降低SOFC的成本是实现大规模应用的必要条件。通过开发低成本制备工艺、优化材料配 方、提高材料利用率等方式，可以降低SOFC的制造成本。
规模化应用
随着技术的不断成熟和成本的降低，SOFC有望在未来实现规模化应用。在分布式发电、 移动电源、电动汽车等领域，SOFC具有广阔的应用前景。
固体氧化物燃料电池的能量转换效率
固体氧化物燃料电池的能量转换效率一、引言固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种高效、清洁的能源转换技术，具有优异的能量转换效率和低碳排放特性，被广泛应用于电力、热力、航空航天等领域。
本文将从SOFC的基本原理、能量转换机理和影响因素等方面，全面介绍SOFC的能量转换效率。
二、SOFC的基本原理1. SOFC组成结构SOFC由阳极、阴极和电解质三部分组成。
阳极和阴极分别涂覆有催化剂层，电解质则是固体氧化物材料。
2. SOFC的工作原理当燃料气体（如氢气或甲烷）在阳极处与催化剂反应时，产生电子和质子。
电子通过外部电路流回阴极，形成电流；质子则穿过电解质到达阴极，并与氧气反应生成水蒸汽。
整个过程中产生的热量可以被利用。
三、SOFC的能量转换机理1. 热力学效率SOFC通过将化学能直接转化为电能实现高效能源转换。
其热力学效率可以达到60%以上，远高于传统发电技术。
2. 电化学效率SOFC的电化学效率受到氧化物材料的导电性和催化剂的活性影响。
高导电性和高活性的材料可以提高SOFC的电化学效率。
3. 热效应SOFC在工作过程中会产生大量热量，这些热量可以被利用。
通过将废热回收再利用，可以提高SOFC的能量转换效率。
四、影响SOFC能量转换效率的因素1. 温度SOFC在不同温度下具有不同的能量转换效率。
通常情况下，较高温度下SOFC的能量转换效率更高。
2. 材料氧化物材料和催化剂对SOFC的能量转换效率有重要影响。
优质的材料可以提高SOFC的导电性和催化活性，从而提高其能量转换效率。
3. 燃料质量燃料质量对SOFC的能量转换效率也有影响。
纯度较高、含水分较少、低硫和低灰分等特点的燃料对SOFC运行更加稳定，并且有助于提高其能量转换效率。
4. 气体流速气体流速对SOFC的能量转换效率也有影响。
适当的气体流速可以保证燃料和氧气在催化剂上充分反应，从而提高SOFC的能量转换效率。
五、结论SOFC是一种高效、清洁的能源转换技术，其能量转换效率受到多种因素影响。
固体氧化物燃料电池系统的研究现状
固体氧化物燃料电池系统的研究现状一、本文概述随着全球能源需求的持续增长和环境问题的日益严重，固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）作为一种高效、清洁的能源转换技术，受到了广泛关注。
本文旨在全面综述固体氧化物燃料电池系统的研究现状，包括其工作原理、材料进展、系统设计、性能优化以及应用领域等方面的最新进展。
本文将简要介绍固体氧化物燃料电池的基本工作原理和组成部分，以便读者对其有一个整体的认识。
随后，将重点讨论SOFC的关键材料，如电解质、阳极和阴极材料的研究现状和发展趋势。
还将涉及SOFC系统设计方面的创新，包括电池尺寸、形状、连接方式和模块化等方面的优化。
在性能优化方面，本文将分析提高SOFC效率和稳定性的方法，如操作条件优化、热管理、气体供给和排放控制等。
还将探讨降低制造成本、提高系统可靠性和寿命的途径。
本文将展望固体氧化物燃料电池在能源、环保、交通等领域的潜在应用，并讨论当前面临的挑战和未来的发展趋势。
通过本文的综述，希望能够为相关领域的研究人员和企业决策者提供有价值的参考信息，推动固体氧化物燃料电池技术的进一步发展。
二、SOFC的基本原理与结构固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC）是一种高效、环保的发电技术，其基本原理是通过氧离子在固体电解质中的移动，将燃料（如氢气、天然气、生物质气等）与氧化剂（如空气）之间的化学反应直接转化为电能。
SOFC的核心结构包括电解质、阳极（正极）和阴极（负极）三部分。
电解质是SOFC中最关键的部分，它通常是由氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）等材料制成，具有高离子导电性和在高温下（通常在600-1000℃）保持稳定的特性。
电解质的主要功能是隔离燃料和氧化剂，同时允许氧离子通过。
阳极是燃料发生氧化的地方，通常使用镍和氧化钇稳定的氧化锆的复合材料制成。
在阳极，燃料与氧离子发生反应，生成水、二氧化碳和电子。
燃料由油与燃气轮机组成的一体化发电系统
燃料由油与燃气轮机组成的一体化发电系统l 各种燃料电池发电技术综合比较目前，正在研究和进展的燃料电池要紧有碱件燃料电池(AFC)、磷酸型燃料电池(PAFC)、熔触碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)和质子交换膜燃料电池(PEFC)。
由于它们的电解质材料、电池结构和操作条件不同，使其性能各具特点，各有其适用的范畴。
(1)AFC：与其它燃料电池相比，AFC功率密度和比功率较高、性能可靠。
但它要以纯氢做燃料、纯氧做氧化剂，必须使用Pt、Au、Ag等贵金属做催化剂，价格昂贵。
电解质的腐蚀性严峻、寿命较短，这些特点决定了人AFC仅限于航天或军事应用，不适合于民用。
的存在。
这使得PAFC成为(2)PAFC：以磷酸做为电解质，可容许燃料气和空气中CO2最早在地面上应用或民用的燃料电池。
与AFC相比，它能够在180℃～210℃运行，燃料气和空气的处理系统大大简化，加压运行时，可组成热电联产。
然而，PAFC的发电效率目前仅能达到40％～45％(LHV)，它需要贵金属铂做电催化剂；燃料必须外重整；而且，燃料气中C0的浓度必须小于1％(175℃)～2％(200℃)，否那么会使催化剂中毒；酸性电解液的腐蚀作用，使PAFC的寿命难以超过40000小时。
PAFC目前的技术已成熟，产品也进入商业化，作为专门用户的分散式电源、现场可移动电源和备用电源，PAFC还有市场，但用作大容量集中发电站比较困难。
(3)MCFC：在历650℃～700℃运行，可采纳镍做电催化剂，而不必使用贵重金属；燃料可实现内重整，使发电效率提高，系统简化；CO可直截了当用作燃料；余热的温度较高，可组成燃气／蒸汽联合循环、使发电容量和发电效率进一步提高。
与SOFC相比，MCFC的优点是：操作温度较低，可使用价格较低的金属材料，电极、隔膜、双极板的制造工艺简单，循环系统；密封和组装的技术难度相对较小，大容量化容易，造价较低缺点是：必须配置C02S和CO小于O．5mg／kg；熔融碳酸盐具有腐蚀件，而且易挥发；肖SOFC相要求燃料气中H2比，寿命较短；组成联合循环发电的效率比SOFC低。
固体氧化物燃料电池技术现状及研究进展
固体氧化物燃料电池技术现状及研究进展固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)技术是一种新型高效、清洁的能源转换技术。
它是指利用固体电解质材料，将燃料和氧气通过直接的气体固体反应转化为电能的一种化学能到电能的转换技术。
作为一种潜力巨大的燃料电池技术，SOFC能够直接将化石能源或可再生能源转化为电力，产生的废气只有水和二氧化碳，具有高效、低污染等优点。
因此，SOFC技术受到了众多科学家的关注和研究，在能源领域提供了广泛的应用前景。
一、 SOFC技术现状SOFC是一种高温燃料电池技术，它的工作温度通常在700-1000℃之间，远高于其他类型的燃料电池。
高温是SOFC的一个特点，具有多种优势：一方面，高温有利于提高电化学反应速率和传质速率，提高燃料电池的效率；另一方面，高温通过重组烷烃等方式可以直接利用化石燃料，而低温燃料电池不具备此功能。
SOFC的电化学反应是电极反应和离子传递反应的综合作用。
在SOFC中，燃料（如氢气、天然气或烷烃等）在阳极表面被催化剂氧化成电子和氢离子，被氧气在阴极表面接受，生成电子和氧离子。
电子沿外部电路流动从而产生电能，氢、氧离子通过固体电解质层通过内部通道流向对面的电极，在那里再次结合生成水蒸气或二氧化碳。
SOFC的核心在于材料与技术的结合，解决了传统燃料电池技术中电子和离子之间的交互问题，提高了电池的效率。
现在的固体氧化物燃料电池主要分为两类：平板燃料电池和管形燃料电池。
平板燃料电池是指用铁氧体或其他材料制成电极，然后在中间加上固体氧化物电解质层，这种电池的特点是体积小、功率大。
而管形燃料电池是指将电解质涂覆在细小的管表面上，然后在管一侧涂覆阳极，管另一侧涂覆阴极的一种电池。
管型燃料电池一般结构都比较复杂，但优点是工作温度比较低，可以使用镍合金等质材料，制作成本比较具有优势。
二、SOFC技术的研究进展SOFC技术最主要的挑战是寿命和稳定性问题。
固体氧化物燃料电池(特点、结构组成、原理)
固体氧化物燃料电池（特点、结构组成、原理）固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC)属于第三代燃料电池，是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置。
被普遍认为是在未来会与质子交换膜燃料电池(PEMFC)一样得到广泛普及应用的一种燃料电池。
固体氧化物燃料电池特点固体氧化物燃料电池具有燃料适应性广、能量转换效率高、全固态、模块化组装、零污染等优点，可以直接使用氢气、一氧化碳、天然气、液化气、煤气及生物质气等多种碳氢燃料。
在大型集中供电、中型分电和小型家用热电联供等民用领域作为固定电站，以及作为船舶动力电源、交通车辆动力电源等移动电源，都有广阔的应用前景。
固体氧化物燃料电池结构组成固体氧化物燃料电池是一种新型发电装置，其高效率、无污染、全固态结构和对多种燃料气体的广泛适应性等，是其广泛应用的基础。
固体氧化物燃料电池单体主要组成部分由电解质(electrolyte)、阳极或燃料极(anode，fuel electrode)、阴极或空气极(cathode，air electrode)和连接体(interconnect)或双极板(bipolar separator)组成。
固体氧化物燃料电池的工作原理与其他燃料电池相同，在原理上相当于水电解的“逆”装置。
其单电池由阳极、阴极和固体氧化物电解质组成，阳极为燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂。
工作时相当于一直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极。
在固体氧化物燃料电池的阳极一侧持续通入燃料气，例如：氢气(H2)、甲烷(CH4)、城市煤气等，具有催化作用的阳极表面吸附燃料气体，并通过阳极的多孔结构扩散到阳极与电解质的界面。
在阴极一侧持续通人氧气或空气，具有多孔结构的阴极表面吸附氧，由于阴极本身的催化作用，使得O2得到电子变为O2-，在化学势的作用下，O2-进入起电解质作用的固体氧离子导体，由于浓度梯度引起扩散，最终到达固体电解质与阳极的界面，与燃料气体发生反应，失去的电子通过外电路回到阴极。
固态氧化物燃料电池的应用前景
固态氧化物燃料电池的应用前景固态氧化物燃料电池，又称为SOFC，是一种高效率、低排放、无噪音的新型清洁能源技术。
它是利用氢气或可燃气体与氧气在固体氧化物电解质材料中发生反应，从而产生电能的一种设备。
固态氧化物燃料电池技术的优势SOFC技术的主要优势是:高效率、低污染、长寿命、安全性好、使用成本低等。
高效率:SOFC技术可以将化学能直接转化为电能，转化效率高达60%至80%以上，比传统的汽车发动机的转化效率高出一倍还多，比化石燃料发电效率高出30%以上。
低污染:SOFC技术不存在大气污染问题，其电化学反应产物为水和二氧化碳，无二氧化硫、氮氧化物等有害物质的排放，可以有效缓解环境压力。
长寿命:SOFC技术中的电极、电解质、金属板等都具有很高的稳定性和耐腐蚀性，使用寿命可达10年以上。
安全性好:SOFC技术不使用易燃易爆的化燃料，不存在安全隐患问题。
使用成本低:SOFC技术可以使用天然气、煤气、甲烷以及可生物降解的有机物作为燃料，由于燃料资源丰富，且使用成本较低，因此SOFC技术的生产成本相对较低，能够在未来取得更广泛的应用。
SOFC技术的应用前景基于SOFC技术的电力和热能联供系统，能够为高质量、多功能、低污染的清洁能源发展提供解决方案。
SOFC技术应用于家庭电站和微型电力系统，能够提供可靠的电力和热能供应，减少对传统电力系统的依赖程度，为用电用户提供经济、高效、环保的新型能源解决方案。
此外，SOFC技术也可以应用于电动汽车等交通工具，为清洁能源汽车的发展提供动力支持。
SOFC燃料电池可以将用于汽车的燃料转化为电能，从而驱动电机，实现汽车的运行。
相较于锂离子电池，SOFC技术具有更长的续航里程和更低的充电时间等特点，为清洁能源汽车的发展提供了有力支持。
SOFC技术也可以应用于公共场所的供热系统，实现能量的高效利用和环境的有效保护，有助于推动城市清洁能源转型和环保战略的实施。
未来展望随着清洁能源的快速发展，SOFC技术将会得到更广泛的应用。
SOFC-MGT三种联合循环性能对比分析
SOFC-MGT随着世界能源消费的不断增长以及全球气候变化问题的日益严重，高效利用能源和减少污染排放已成为全球共识。
在这样的背景下，燃料电池作为一种新型能源转换技术，备受人们关注。
尤其是固体氧化物燃料电池-燃气轮机联合循环技术的出现，为大规模商业应用奠定了基础。
本文将围绕SOFC-MGT 三种联合循环性能进行比较和分析。
三种联合循环的基本结构SOFC-MGT 联合循环技术包括三种不同的联合循环方案：( 1) SOFC-MGT 基本系统；( 2) SOFC-MGT-ORC 联合循环系统；( 3) SOFC-MGT-GT 联合循环系统。
图1：SOFC-MGT 三种联合循环示意图其中，SOFC-MGT 基本系统是指将固体氧化物燃料电池和燃气轮机直接连接，在SOFC 中产生电化学反应生成电能，并利用SOFC 燃料剩余的热能驱动燃气轮机发电。
SOFC-MGT-ORC 联合循环系统在基本系统基础上，增加了有机朗肯循环(ORC)以利用废热，从而提高系统效率；SOFC-MGT-GT 联合循环系统则在基本系统基础上增设了燃气轮机(GT) ，利用涡轮机产生的动能驱动SOFC 的气体。
联合循环系统的热力学效率三种不同的SOFC-MGT 联合循环系统具有不同的热力学效率。
在SOFC-MGT 基本系统中，燃料转化效率约为60％，电能转化效率约为55％，总效率约为33％。
在SOFC-MGT-ORC 联合循环系统中，根据热能与排出烟气温度，其总效率约为54％。
在SOFC-MGT-GT 联合循环系统中，总效率可以达到59％。
可以看出，SOFC-MGT-GT 联合循环系统具有最高的热力学效率。
系统结构的优缺点三种不同的SOFC-MGT 联合循环系统还有自己的固有优缺点。
SOFC-MGT 基本系统具有以下优点：1.具有高效的燃料电池系统，能够直接转化化石燃料为电能。
2. 采用了多级质量流的优化操作，能够降低氧化铝的损耗和提高燃料电池的性能。
固体氧化物燃料电池的发展趋势
固体氧化物燃料电池的发展趋势固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell, SOFC）是一种高效环保的能源转换技术。
与传统的化石燃料发电技术相比，SOFC 具有更高的能源转换效率、更低的污染排放、更广泛的燃料适应性和更长的使用寿命。
随着SOFC技术的不断发展，SOFC的应用范围和市场前景也不断扩大。
本文将从几个方面分析SOFC的发展趋势。
一、技术发展1.燃料电池系统集成技术的提升SOFC系统包括燃料电池、储氢罐、电子控制系统等多个组成部分。
随着技术的发展，系统模块化程度逐渐提高，各部分之间的协同作用也日益完善，SOFC的整体性能得到了大幅提高。
2.材料研究进展SOFC的基本材料包括电解质、阳极和阴极。
研究人员通过改变材料配方、改进制备工艺等方法，不断探索全新的材料，以提升SOFC的性能。
例如，通过改进阴极的电子输运性能，SOFC的发电效率得到了提高。
3.热管理优化SOFC在使用过程中产生的高温会导致系统中的材料老化、降低使用寿命。
研究人员通过优化热管理技术，如加装隔热材料、降低系统排气温度等，以达到减轻高温对系统影响的目的。
二、应用领域1.清洁能源发电SOFC以其高效、环保的特点，逐渐成为清洁能源发电领域的热门技术。
在国家政策和市场需求的推动下，SOFC产业逐渐完善，SOFC系统的价格和使用成本也逐步降低。
未来，SOFC有望在数字化和智能化发电领域得到更广泛的运用。
2.能源储存与转换SOFC可应用于能源储存与转换领域，例如将光能或风能直接转换为电能存储，或将生物质等可再生资源转化为高品质能源。
通过结合SOFC技术，实现能源的高效转化和利用，可有效促进可再生能源发展。
3.移动式能源源SOFC的高能量密度和长寿命特点使其成为可移动式能源源的首选。
例如，SOFC可用于汽车、火车、飞机等交通运输工具中，或用于军队、紧急救援等场合的能源供给。
三、市场前景SOFC作为一种清洁、高效、可靠的能源转换技术，未来在市场的发展前景十分广阔。
整体煤气化固体氧化物燃料电池电热联产系统分析
第１ ２期
２ ０ １ ３年 ４月
科
学
技
术
与
工
程
Ｖｏ １ ． １ ３ Ｎ ｏ ． １ ２ Ａ ｐ ｒ ．２ ０ １ ３
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
１ ６ ７ １ —１ ８ １ ５ （ ２ ０ １ ３ １ ２ — ３ ２ ７ １ — ０ ６
Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ，Ｉ Ｇ Ｆ Ｃ — Ｇ Ｔ ） 是 一种 高效清洁合理的煤炭发 电技术 。混合 系统 的模 型搭建及 性能分析对 于系统集成 和商业运
行 有着重要 的意义。通过查 阅国内外在 致力于提 高 Ｓ Ｏ Ｆ Ｃ发 电效率方 面 的研 究文献 ， 并根据课题 组 的前 期研 究成 果 ， 基 于商
煤气化． 固体 氧化 物燃料 电池混合循 环是用气
化 剂将煤 中元素 最 大 限度 的转 变 为 气 体 产 物 ， 经 过 净化 处理 后进 人燃 料 电池 堆 进 行 电化 学反 应 ， 并将 高温 排 气 通 人 燃 气 轮 机 联 合 发 电 ， 回 收 高 品 位 余 热 Ｊ 。 同传 统 的煤 炭利 用模 式相 比 ， 煤气化． 固体 氧 化物 燃料 电池 混合 循 环 系 统 提 高 了煤 的利 用 率 ， 降
计算 Ｉ Ｇ Ｆ Ｃ — Ｇ Ｔ混合循环系统 的发 电效率与能量利
用率 ， 验证 了 Ｉ Ｇ Ｆ Ｃ ． Ｇ Ｔ系 统 模 型具 有 高 效 率 、 低 污
染的特点 ， 具备广 阔的研 发空 间、 巨大的商业运行
价值 。
１ Ｉ Ｇ
燃料电池催化剂优化评估与结构设计分析
燃料电池催化剂优化评估与结构设计分析燃料电池（Fuel Cell）作为一种高效、清洁、可再生的能源转换技术，受到了广泛的关注与研究。
其中，燃料电池催化剂是确保燃料电池高效运行的关键因素之一。
催化剂的优化评估与结构设计分析，对提高燃料电池的性能和经济性具有重要意义。
燃料电池的催化剂应具备高活性、优良的稳定性、廉价成本以及较高的承载率。
为了实现这样的要求，研究人员通过调控催化剂的成分、结构和表面性质来进行优化评估与结构设计分析。
首先，催化剂成分的优化评估是提高燃料电池性能的重要方向之一。
当前常用的催化剂主要包括铂族金属及其合金、过渡金属化合物以及非贵金属催化剂。
针对贵金属催化剂，人们致力于寻找更低的成本替代材料，以减少生产成本。
尤其是针对铂催化剂，通过探索合金化、吸附剂修饰、复合材料等改性策略来提高其催化性能。
针对非贵金属催化剂，如碳材料、过渡金属化合物等，通过拓展活性位点和提高催化活性来增强其性能。
其次，催化剂的结构设计分析对于提高燃料电池效能具有重要作用。
催化剂结构参数涉及到颗粒尺寸、形貌、晶体结构等因素。
研究人员通过调控结构参数来实现催化剂活性的提升。
例如，调节催化剂颗粒尺寸可以增加催化剂的比表面积，进而提高反应表面上的反应速率。
此外，优化催化剂的形貌也是一个重要的课题。
例如，通过制备纳米结构的催化剂能够增加活性位点的暴露程度，提高催化活性。
晶体结构的调控也能够改善催化剂的稳定性。
通过合适的合金化或者表面修饰，可以提高催化剂的耐久性。
此外，表面性质的调控对于催化剂性能的改善也具有重要意义。
研究人员通过拓展活性位点、调节表面形貌以及改变表面组分来提高催化剂活性。
例如，通过制备具有高分散度和高度暴露的活性位点来提高催化剂的反应活性。
此外，研究人员还通过表面修饰或者改变材料表面组分来增强活性位点的稳定性，从而提高催化剂的耐久性。
表面性质的调控也可以影响催化剂与电解质以及燃料之间的相互作用，从而提高催化剂的传质性能。
固体氧化物燃料电池i系统模型及测试方法
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固体氧化物燃料电池i系统模型及测试方法该文档下载后可定制修改，请根据实际需要进行调整和使用，谢谢!本店铺为大家提供各种类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by this editor. I hope that after you download it, it can help you solve practical problems. The document 固体氧化物燃料电池i系统模型及测试方法 can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you! In addition, this shop providesyou with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts, other materials and so on, want to knowdifferent data formats and writing methods, please pay attention!固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种高效、低排放的能源转换设备，其性能受到多种因素的影响。
GT系统的热电比分析与研究的开题报告
基于SOFC/GT系统的热电比分析与研究的开题报告一、选题背景与意义随着能源需求的不断增长和环境污染的加剧，寻求新的清洁、高效能源系统已成为当前能源领域的一大热点。
氧化物固体电解质燃料电池（solid oxide fuel cell，SOFC）和燃气轮机（gas turbine，GT）作为两个最先进的高效能源转换技术，在SOFC/GT联合循环系统中有着广泛的应用前景。
SOFC/GT联合循环系统能够实现高效的能源转换，产生电力和热能，并能够减少二氧化碳等有害物质的排放，具有很高的实用价值。
因此，对于SOFC/GT系统的热电比分析和研究可以帮助我们更好地了解该系统的性能和优化其能量利用效率，具有重要的理论和工程意义。
二、研究目标和内容本项目旨在从理论和实验两个方面对SOFC/GT系统的热电比进行深入分析和研究，主要研究内容包括：1. SOFC/GT系统的基本原理及热电特性分析通过对SOFC、GT及其组合系统的原理和热电特性进行分析，探讨SOFC/GT系统热电比的影响因素和计算方法，并建立系统的数学模型。
2. 实验研究通过构建SOFC/GT联合循环系统的实验平台，采集实验数据并进行比较分析，验证数学模型的可靠性和准确性，进而优化系统设计和性能。
3. 结果分析和优化通过对实验数据和模拟结果的分析和比较，探讨SOFC/GT系统的优化方案，并提出相应的推广应用建议。
三、研究方法本项目的研究方法主要包括理论分析和实验研究两个方面，通过对SOFC/GT系统的基本原理和热电特性进行分析，以及构建实验平台进行热电特性测试和数据采集。
研究中将采用数值模拟、测量实验、统计分析等方法，对研究结果进行分析和总结。
四、预期成果通过本项目的研究，预计可以得到以下成果：1. 对SOFC/GT系统的热电比进行分析和研究，建立完整的系统模型。
2. 构建SOFC/GT联合循环系统的实验平台，采集系统的热电特性数据，总结和分析实验结果。
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4. 系统循环结构模糊评判的应用实例
如今石油资源的日益减少，能够进行余热利用的回热器成为人们的重点发展对象。燃气轮机只有压 气机，燃烧室和透平工作的简单循环的热效率还不到 30%，透平的出口温度可以被回热器有效的利用起 来，进行压缩空气的预热，可以有效的增加燃气轮机的热效率。由于回热器是利用出口的残余气体的热 量来加热压缩空气，属于气体与气体之间的热交换，换热系数较小，为了保证良好的加热效果，需要有
b11 b12 b 21 b22 bm1 bm 2
如果 U 中的各因数子集权数分配为 A，评判结果为 B = A R 。 类似地，可以构造三层、四层等多层次模糊综合评判。 综上所述：(U , V , R ) 构成一个模糊综合评价的数学模型，这其中的模糊变换 R 把 U 上的模糊子集 U i 变到 V 上的一个模糊子集 B，则 B 就是对评价对象所作的一个模糊综合评价。这就是燃气轮机与燃料电 池循环结构的模糊评判模型构成[10]。
Figure 2. The gas turbine of the intercooler-regenerator and SOFC structure 图 2. 中冷回热燃机与两级 SOFC 循环结构
Figure 3. The gas turbine of the supercharger and SOFC structure 图 3. 增压器气体再循环燃机与 SOFC 循环结构 DOI: 10.12677/dsc.2018.73026 241 动力系统与控制
2. 燃料电池(SOFC)与燃气轮机混合系统的顶层循环结构
在燃料电池与燃气轮机顶层循环中，高温的固态氧化物燃料电池充当燃气轮机燃烧室的角色，燃料 和氧化剂先在燃料电池中发点后，剩余气体再进入燃机中做功。顶层模式的循环结构有很多，我重点介 绍以下四种。 单独使用回热器燃机与 SOFC 的循环结构如图 1 所示。空气进入首先进入压气机升压，之后高压空 气进入回热器中预热，在这之后与燃料气在燃料电池发电，残余气体再进行燃烧，使气体温度再次得到 提升，随后高温气体在透平中膨胀做功，气体的压力和温度都降低，排出气体的余热被用来在回热器中 加热空气。 中冷回热燃机与两级 SOFC 循环结构如图 2 所示[7]。此循环结构包括两个压气机，两个燃料电池和 两个透平。空气先进入低压压气机中，经过中冷器进入高压压气机中，出来的高压空气在回热器重加热 后进入高压燃料电池中发电，剩余气体在进入高压透平中燃烧，这之后高压透平反映后的残余气体再进 入低压的燃料电池与低压透平反应发电。燃料气分成两股送入低压和高压燃料电池中，这种循环结构比 前一种复杂也比前一种输出功率高。 增压器气体再循环燃机与 SOFC 循环结构如图 3 所示。燃料气与压气机压缩过的空气在燃料电池中 发电。反应后的剩余气体一部分通过增压器再循环，起到对空气预热的作用，另一部分气体进入燃烧室 中燃烧，在利用透平做功。 回热器与增压器再循环的燃机与 SOFC 这种循环结构(如图 4)与图 3 的循环结构相比增加了个回热器。 燃料电池尾气进入燃烧室和增压器存在气体分配的问题，如果透平入口温度高，则回热器预热效果好，
Keywords
Top Circulation, Regenerator, Supercharger, Fuzzy Comprehensive Analysis
固体氧化物燃料电池–燃气轮机混合动力系统 结构分析及性能综合评价
徐百汇1,2，任济民2，梁前超2
1 2
92089部队，浙江 宁波 海军工程大学动力工程学院，湖北 武汉
Dynamical Systems and Control 动力系统与控制, 2018, 7(3), 239-244 Published Online July 2018 in Hans. /journal/dsc https:///10.12677/dsc.2018.73026
System Structure Analysis and Fuzzy CБайду номын сангаасmprehensive of Fuel Cell (SOFC)-Gas Turbine Top Circulation
BaiHui Xu1,2, Jimin Ren2, Qianchao Liang2
1 2
Naval 92089 Base, Ningbo Zhejiang College of Architecture and Power, Naval University of Engineering, Wuhan Hubei
DOI: 10.12677/dsc.2018.73026 240 动力系统与控制
徐百汇 等
增压器的进气量就会相对减少，当 SOFC 尾气在循环比例为 20%时，系统的效率最高[8]。
Figure 1. The gas turbine of used regenerator and SOFC structure 图 1. 单独使用回热器燃机与 SOFC 的循环结构
st th th
Received: Jul. 1 , 2018; accepted: Jul. 20 , 2018; published: Jul. 27 , 2018
Abstract
This paper introduces four kinds of cyclic structures of the top-level model of fuel cell and gas turbine combined cycle power generation system, puts forward the method of applying fuzzy comprehensive evaluation to analyze the power generation system and judge the advantages and disadvantages of these four circulation modes, and then confirms the positive role of the intercooler, regenerator and supercharger.
Open Access
1. 前言
进入 21 世纪以来，由于能源的紧缺和环保意识的增加，高效率和环境友好型的发电方式成为当今社 会的重要研究内容。燃料电池就是一种集高效与环保为一体发电装置。燃料电池是燃料与氧化剂之间通 过电子移动来发电的，没有卡诺循环的限制，效率很高，如今燃料电池的燃料多为甲烷或者氢气，燃烧 后产物无污染。燃料电池种类很多，有质子交换膜燃料电池(PEMFC)、熔融碳酸盐电池(MCFC)、固体氧 化物燃料电池等。其中固体氧化物燃料电池工作温度在 800 摄氏度以上，可以和燃气轮机组成一个混合 发电装置，使得发电效率更高[1] [2] [3]。 模糊综合评判有三个要素：因素集、评语集和单因素判断。模糊综合评判考虑与被评判的事物相关 的各个因素，做出合理的综合评价，其基本的思想是模糊线性原理和最大隶属度原则[4] [5] [6]。本文将 燃料电池与燃气轮机的顶层循环系统几种循环模式进行模糊评判，为他人选用循环模式做参考。
徐百汇 等
Figure 4. The gas turbine of the regenerator-supercharger and SOFC structure 图 4. 回热器与增压器再循环的燃机与 SOFC 循环结构
3. 燃气轮机与燃料电池循环结构的模糊评判模型
在复杂系统中，评判对象的有关影响因素较多时，各因素之间有时还存在不同的层次，不能简单的应 用单因素评判得到满意的结果，需要根据评判对象的特点把评判因素分类，逐层进行综合评判，即多层模 糊综合评判[9]。多层模糊综合评判模型的具体的步骤是：把评判因素集合 U 按属性分成 m 个子集，满足
DOI: 10.12677/dsc.2018.73026 242 动力系统与控制
徐百汇 等
Figure 5. The graphical symbol of two layer-fuzzy judgment 图 5. 二层模糊综合评判示意图
很大的热交换面积，所以回热器的体积一般都比较大。 中冷器能显著提高循环的比功率，但是对于效率的提高却起不到作用，一般情况下都是中冷回热器 混合使用，这时才能即提高循环的比功，也提高循环的热效率。 增压器有很多种类，常见的增压器由涡轮和离心压气机组成，燃料电池的尾气在增压器中燃烧，做 功，带动离心式压气机压缩空气，使空气密度大大增加。在单位体积里，气体质量大大增加，进气量即 可满足燃料的燃烧要求，达到提高功率的目的。 为了定量评定上述循环的优劣，我们采用联合研究方式，工程师与院校教授联合起来，制定这几种 顶层循环模式的评估模型，并进行计算机分析与计算。具体做法是：邀请多位专家(其中有院校教授、副 教授、高级工程师、中级工程师)，共同对上述循环模式的性能从各方面进行打分评价，最后采用计算机 数据统计、矩阵运算方程得出量化评价指标，从而定量地评价上述四种循环的优劣。只要将专家评价表 输入计算机，即可对评价指标做出评价。 顶层循环模式性能评价的四个一级指标：1) 经济效益；2) 占用体积；3) 寿命；4) 效率。专家评估 系统是通过众多专家对循环性能的个人评判，通过打分后输入计算机，得出评价指标，判断我部技术保 障能力的定量指标，从而为科学决策提供依据。系统要求参加评判的专家人数越多越好，我们选定的院 校专家和工程师分别进行打分评判，分为四大组，各人的权重系数也不一样。 第一组(E1~E3)：院校教授 3 人； 第二组(E4~E8)：院校副教授 5 人； 第三组(E9~E11)：高级工程师 3； 第四组(E12~E16)：中级工程师 5 人； 共十四人分为四组打分，其各人权重为：
徐百汇 等
应用到分析该发电系统结构的优良。本文创新地采用数学工具即用模糊数学中两级评判法，判断这四种 循环模式的优劣，意义在于从理论上肯定了中冷回热器、增压器的积极作用。
关键词