Preview

Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ

Расширенный поиск

ОЦЕНКА ЗНАЧИМОСТИ ВЛИЯНИЯ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАБОТЫ ТВЕРДООКСИДНЫХ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Полный текст:

Аннотация

Технологии прямого преобразования энергии топлива в электрическую энергию являются перспективным направлением в энергетике. В последние десятилетия в ряде стран созданы промышленные образцы электростанций на топливных элементах (ячейках), а сами топливные элементы стали коммерческим изделием на мировом энергетическом рынке. Высокий электрический КПД топливных ячеек позволяет говорить о дальнейшем их распространении в составе гибридных установок совместно с газои паротурбинными установками, что дает возможность достигать электрического КПД более 70 %. Тем не менее исследования в области повышения эффективности и надежности топливных элементов продолжаются. В частности, научный интерес представляет изучение влияния на эффективность работы твердооксидных топливных элементов термодинамических параметров реакции окисления, состава топлива и продуктов реакции окисления. В статье выполнен краткий анализ влияния вида топлива на эффективность работы твердооксидных топливных элементов. На основе имеющихся в открытой печати экспериментальных данных и данных численного моделирования представлены результаты статистического анализа влияния термодинамических параметров твердооксидного топливного элемента на эффективность его функционирования, а также факторов взаимодействия этих параметров и состава газов на входе в элемент и выходе из него. Приведены диаграммы, которые отражают степень влияния указанных параметров на эффективность работы твердооксидных топливных элементов, определены степени значимости вышеперечисленных факторов. Статистический анализ влияния термодинамических, расходных и концентрационных параметров процесса функционирования твердооксидных топливных элементов показал, что наиболее существенное влияние на эффективность работы элемента в исследованной области оказывают факторы взаимодействия (температура – расход и давление – расход) и концентрации азота N2 и кислорода O2. Именно эти параметры должны в первую очередь учитываться в математических моделях, разрабатываемых для оптимизации режимов работы твердооксидных топливных элементов. 

Об авторах

В. А. Седнин
Белорусский национальный технический университет
Беларусь

Адрес для переписки:  Седнин Владимир Александрович Белорусский национальный технический университет просп. Независимости, 65, 220013, г. Минск, Республика Беларусь Тел.: +375 17 293-92-16 pte@bntu.by



А. А. Чичко
Белорусский национальный технический университет
Беларусь


Список литературы

1. Akkaya, A. V. An Analysis of SOFC/GT CHP System Based on Exergetic Performance Criteria / A. V. Akkaya, B. Sahin, H. H. Erdem // International Journal of Hydrogen Energy. -2008. Vol 33, №10. P. 2566–2577.

2. A Review of Integration Strategies for Solid Oxide Fuel Cells / X. Zhang [et al.] // Journal of Power Sources. 2010. – Vol. 195, №3. P. 685–702.

3. Zabihian, F. A Review on Modeling of Hybrid Solid Oxide Fuel Cell Systems / F. Zabihian, A. Fung // International Journal of Engineering. 2009. – Vol. 3, №2. P. 85–119.

4. Huang, B. Solid Oxide Fuel Cell: Perspective of Dynamic Modeling and Control / B. Huang, Y. Qi, M. Murshed // Journal of Process Control. 2011. Vol. 21, №10. P. 1426–1437.

5. Cheddie, D. F. Integration of a Solid Oxide Fuel Cell Into a 10 MW Gas Turbine power Plant / D. F. Cheddie // Energies. 2010. Vol. 3, №4. P. 754–769.

6. Thermal-Economic-Environmental Analysis and Multi-Objective Optimization of an Internal-Reforming Solid Oxide Fuel Cell-Gas Turbine Hybrid System / A. Shirazi [at el.] // International Journal of Hydrogen Energy. 2012. – Vol. 37, №24. P. 19111–19124.

7. Mahalingam, A. Clean Electricity Production by Solid Oxide Fuel Cell-Waste Heat Recovery Boiler Arrangement in Conjunction with a Gas Turbine / A. Mahalingam, M. Vaish, S. Agarwal // Proceedings of the 2nd International Conference on Environmental Science and Development, International Proceedings of Chemical, Biological and Environmental Engineering (IPCBEE). – Singapore: IACSIT Press, 2011. – Vol. 4. P. 255–258.

8. Arsalis, A. Thermoeconomic Modeling and Parametric Study of Hybrid Solid Oxide Fuel Cell-Gas Turbine-Steam Turbine Power Plants Ranging From 1.5 MWe to 10 MWe / A. Arsalis // Journal of Fuel Cell Science and Technology. 2009. – Vol. 6, №1. P. 0110151–01101512.

9. Patel, H. C. Thermodynamic Analysis of Solid Oxide Fuel Cell Gas Turbine Systems Operating with Various Biofuels / H. C. Patel, T. Woudstra1, P. V. Aravind // Fuel Cells. 2012. – Vol. 12, №6. P. 1115–1128.

10. Exergy Analysis of an Intermediate Temperature Solid Oxide Fuel Cell-Gas Turbine Hybrid System Fed with Ethanol / A. Stamatis [et al.] // Energies. 2012. Vol. 5, №11. – P. 4268–4287.

11. Ugartemendia, J. Operating Point Optimization of a Hydrogen Fueled Hybrid Solid Oxide Fuel Cell-Steam Turbine (SOFC-ST) Plant / J. Ugartemendia, J. X. Ostolaza, I. Zubia // Energies. – 2013. – Vol. 6, №10. – P. 5046-5068.

12. Chan, S. H. Energy and Exergy Analysis of Simple Solid-Oxide Fuel-Cell Power Systems / S. H. Chan, C. F. Low, O. L. Ding // Journal of Power Sources. 2002. – Vol.103, №2. P. 188–200.

13. Characteristics and Performance of Electrolyte-Supported Solid Oxidefuel Cells Under Ethanol and Hydrogen / R. Muccillo [et al.] // Journal of the Electrochemical Society. 2008. – Vol. 155, № 3. P. B232–B235.

14. Li, Y. Performance Study of a Solid Oxide Fuel Cell and Gas Turbine Hybrid System Designed for Methane Operating with Non-Designed Fuels / Y. Li, Y. Weng // Journal of Power Sources. 2011. – Vol.196, № 8. P. 3824–3835.

15. Blagojević, V. A. Hydrogen Economy: Modern Concepts, Challenges and Perspectives / Blagojević, V. A., Minić, Dejan G., Grbović Novaković, Jasmina, and Minic, Dragica M. // Hydrogen Energy Challenges and Perspectives. Rijeka, Croatia: InTech, 2012. Chapter: 1. P. 3–28.

16. Holmes, M. Hydrogen Separation Membranes. Technical Report [Electronic resource] // University of North Dakota. 2010. – Mode of access: http://www.undeerc.org/ncht/. Date of access: 26. 09. 2013.

17. Cеднин, В. А. Энергетическая система биогазовых комплексов на базе топливных элементов / В. А. Седнин, А. А. Чичко, А. А. Матявин // Энергия и Менеджмент. 2014. № 4–5. С. 8–12.

18. Jradi, M. Tri-generation systems: Energy policies, Prime movers, Cooling technologies, Configuration sand operations strategies / M. Jradi, S. Riffat // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2014. – Vol. 32. P. 396–415.

19. Macro Level Modeling of a Tubular Solid Oxide Fuel Cell / T. Suther [at el.] // Sustainability. 2010. – Vol. 2, №11. P. 3549-3560.

20. Effects of Operating and Design Parameters on the Performance of a Solid Oxide Fuel Cell-Gas Turbine System / T. Suther [at el.] // International Journal of Energy Research. 2010. No 35 (7). P. 616–32.


Для цитирования:


Седнин В.А., Чичко А.А. ОЦЕНКА ЗНАЧИМОСТИ ВЛИЯНИЯ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАБОТЫ ТВЕРДООКСИДНЫХ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ. Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2015;(6):87-97.

For citation:


Sednin V.A., Chichko A.A. EFFECT SIGNIFICANCE ASSESSMENT OF THE THERMODYNAMICAL FACTORS ON THE SOLID OXIDE FUEL CELL OPERATION. ENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations. 2015;(6):87-97. (In Russ.)

Просмотров: 267


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1029-7448 (Print)
ISSN 2414-0341 (Online)