集成OTM的CO2零排放的SOFC复合动力系统研究

摘要

当前，能源安全和减排成为当下的热点话题，气候变暖和温室气体大量排放问题关注度持续升温，能源安全、可靠、持续发展存在巨大的挑战。在能源资源紧缺的限制下，人们不断探索能源利用的新途径，以高效节能环保开发利用能源，建立可持续发展的新能源动力系统。本论文研究了集成OTM的固体氧化物燃料电池(SOFC)的复合动力发电系统，从系统的角度解决传统火力发电的低效率和大量污染气排放问题。
　　论文研究的主要内容有:
　　1、主要介绍了课题的研究背景及意义，固体氧化物燃料电池的研究动态，AspenPlus软件产生及发展，建立了SOFC的AspenPlus模型，并描述了氧离子传输膜(OTM)这一种新的产氧方式的结构、传输机理及数学模型，是集成系统的关键。
　　2、设计了常压的CO2零排放的SOFC复合动力系统，并与基准系统比较，同时对系统关键参数进行详细的分析，结果表明新系统较传统深冷空分的复合系统效率高，具有明显的节能降耗优势。
　　3、设计了集成OTM加压的CO2零排放SOFC复合动力系统，其中包括一个结合吹扫气的系统，系统利用单耗分析方法对系统参数进行了详细分析，探讨系统最佳运行参数。本文研究成果将对进一步研究高效、节能、环保的CO2零排放的SOFC复合动力系统提供有效的参考。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 研究背景和意义

1．2 燃料电池研究动态

1．3 Aspen Plus简介

1．4 本文的主要内容

第2章 系统模型研究

2．1 前言

2．2 固体氧化物燃料电池(SOFC)

2．2．1 SOFC模型

2．3 SOFC的模拟

2．3．1 SOFC的假设条件

2．3．2 SOFC模拟流程描述

2．4 SOFC模拟验证

2．4．1 模型计算条件

2．4．2 模拟的结果对比分析

2．5 小结

第3章 集成带吹扫气OTM的常压CO2零排放SOFC复合动力系统研究

3．1 前言

3．2 深冷空分供氧的常压CO2零排放SOFC复合动力系统

3．3 集成带吹扫气OTM的常压CO2零排放SOFC复合动力系统

3．3．1 氧离子传输膜OTM

3．3．2 CO2回收单元

3．3．3 新系统的特点

3．4 SOFC复合动力系统和零排放系统的模拟比较分析

3．5 两个系统的模拟结果分析

3．6 OFM模块原料侧压力，OTM模块温度及燃料利用率对新系统的影响

3．6．1 OTM模块原料侧压力对系统性能的影响

3．6．2 OTM模块温度对系统的影响

3．6．3 电池堆燃料利用率对系统的影响

3．7 结论

第4章 集成OTM的加压CO2零排放SOFC复合动力系统研究

4．1 系统描述

4．1．1 传统的不回收CO2的SOFC复合动力系统

4．1．2 深冷空分供氧的零CO2排放复合动力系统

4．1．3 集成OTM的加压CO2零排放SOFC复合动力系统

4．2 系统模拟

4．2．1 系统模拟参数及假设

4．2．2 系统模拟结果

4．3 单耗分析

4．4 电池关键参数对新系统性能的影响

4．4．1 SOFC运行压力对电池性能的影响

4．4．2 运行温度对系统性能的影响

4．4．3 燃料利用率对系统性能的影响

4．5 结论

第5章 结合吹扫气集成OTM的加压CO2零排放SOFC复合动力系统研究

5．1 系统描述

5．2 系统特点

5．3 系统模拟分析

5．3．1 模拟条件

5．3．2 模拟结果及分析

5．4 系统参数对系统性能的影响

5．4．1 电池工作压力的影响

5．4．2 电池工作温度的影响

5．4．3．燃料利用率的影响

5．5 结论

第6章 结论与展望

6．1 研究工作的总结

6．2 下一步工作的建议

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研工作

致谢