潜用双模式SOFC-MGT联合发电系统的设计与仿真

摘要

[目的]固体氧化物燃料电池—微型燃气轮机(SOFC-MGT)联合发电系统有利于提高常规动力潜艇的续航力和隐蔽性,为分析该系统在不同运行模式下的性能特性,[方法]利用Matlab/Simulink软件对燃料电池AIP动力装置加以改进,并与微型燃气轮机(MGT)组成顶层循环联合发电系统.根据潜艇的航行状态,提出动力装置的双工作模式.建立SOFC-MGT联合发电系统和尾气处理系统的仿真模型,分析其在设计点工况下的性能指标,以及电流、水碳比、甲烷(CH4)流量、空气组分等因素对系统性能的影响.[结果]仿真结果验证了模型的有效性和可行性,2种工作模式下系统的发电效率分别为59.48％和61.61％,最大功率分别为217 kW和223 kW,其中模式2状态下的系统净功率更高.该联合发电系统在潜艇不同工况下均可保持稳定的输出功率和较高的发电效率,其性能明显优于其他AIP装置.[结论]研究成果可为SOFC-MGT联合发电系统在常规动力潜艇上的应用提供理论支撑.