家用SOFC热电联供系统的动态建模与分析

摘要

固体氧化物燃料电池(SOFC)发电技术能够直接将燃料里的化学能转化为电能，是一种绿色高效的新能源技术。将SOFC作为分布式能源的发电装置运用在家用热电联供系统中，具有很高的综合效率、无污染、无噪声等优点，因此具有重要的研究价值。
　　本文搭建了带有天然气重整制氢子系统的固体氧化物燃料电池热电联供系统，并分析了系统的稳态性能和开环动态性能，主要工作分为以下几方面：
　　搭建了天然气重整制氢子系统的辨识模型，根据各子部件的化学过程和热动态过程搭建数学模型，然后采用改进型遗传算法(IGA)对模型的参数进行辨识，并用样机工况数据验证了模型的准确性。在此基础上，分析了水碳比(S/C)和重整反应温度对重整系统制氢效率的影响。
　　构建了带天然气重整制氢子系统的固体氧化物燃料电池独立发电系统，首先，根据守恒定律搭建了SOFC发电系统，并用实验室稳定工况下的数据验证了SOFC热电耦合模型的准确性和有效性。然后，把重整制氢子系统和SOFC系统集成起来，在5％的输入扰动下测试系统的开环稳定性，且系统子部件的温度特性和电特性均不超过约束范围。最后，设计了系统开环下抛物线功率切换路径，并采用双步切换的策略，极大地缩短了系统的功率切换时间。
　　完成了SOFC的家用热电联供系统的策略设计和运行方案设计，根据用户春夏季热电消耗数据，提出了一种以用户电消耗为核心的家用热电联供系统的运行方案，同时给出了蓄电池容量和水箱容积的推荐参数。相比传统供电方式，以天然气为燃料的SOFC热电联供系统能够有效减少能源消耗。

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1 绪论

1.1 研究意义

1.2 家用热电联供系统原理介绍

1.3 国内外发展现状

1.4 相关文献综述

1.5 本文研究内容和主要工作

2 水蒸气重整制氢系统建模与分析

2.1 前言

2.2 重整反应化学动力学过程

2.3 热动态特性与重整器建模

2.4 动态模型的参数辨识

2.5 基于遗传算法的参数辨识

2.6 系统验证与性能分析

2.7 本章小结

3 带重整的SOFC独立发电系统的动态建模

3.1 引言

3.2 SOFC独立发电系统的结构

3.3 系统子部件模型搭建

3.4 SOFC系统各部件的集成与验证

3.5 带重整SOFC系统的集成与动静态过程

3.6 本章小结

4 家庭热电联供系统运行策略与设计

4.1 引言

4.2 家用热电联供系统介绍

4.3 家用热电联供系统运行方案设计

4.4 系统相关参数推荐

4.5方案节能性分析

4.6 小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献