本文提出了一種新型的太陽能與燃料熱化學(xué)互補的發(fā)電系統(tǒng),集成了太陽能熱化學(xué)燃料轉(zhuǎn)化過程與固體氧化物燃料電池（SOFC）單元。200～300℃中低溫太陽能驅(qū)動甲醇熱分解反應(yīng),將太陽能轉(zhuǎn)化為富氫燃料（H₂、CO）的化學(xué)能,產(chǎn)生的太陽能燃料用于驅(qū)動SOFC燃料電池進(jìn)行發(fā)電,實現(xiàn)了太陽能及甲醇燃料的高效發(fā)電利用。同時,采用微型燃?xì)廨啓C（MGT）對SOFC余熱及未反應(yīng)燃料進(jìn)行回收,實現(xiàn)動力余熱的高效梯級利用,進(jìn)一步提升了系統(tǒng)的發(fā)電效率及能源利用率。設(shè)計工況下,系統(tǒng)發(fā)電效率達(dá)到58.24%,太陽能凈發(fā)電效率為41.1%。該研究為太陽能和清潔燃料的高效利用提供了新途徑。 

【文章來源】：工程熱物理學(xué)報. 2020,41(11)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

圖２太陽能反應(yīng)器??Ｆｉｇ．?２?Ｓｏｌａｒ?ｔｈｅｒｍｏｃｈｅｍｉｃａｌ?ｒｅｃｅｉｖｅｒ／ｒｅａｃｔ?ｏｒ??

ｎｇａｓ?ａｎｄ?ｓｏｌａｒ?ｐｏｗｅｒ??ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ?ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ??３．３典型日系統(tǒng)性能??太陽輻照隨時間、季節(jié)變化明顯，且與地理位??率的變化，ＳＯＦＣ的效率隨著燃料利用率的増大而??不斷提高。而燃料利用率提高導(dǎo)致后燃室中未利用??的燃料量減少，降低了?ＭＧＴ透平的入口溫度，通??過ＳＯＦＣ陰極的氣體溫度也隨之降低，系統(tǒng)中的空??氣量隨之減少。隨著空氣流量的減少，壓縮機耗功??逐漸降低，隨著透平入口溫度的降低和煙氣量的減??少，ＭＧＴ的功率降低。??圖６部件效率與燃料利用率的關(guān)系??Ｆｉｇ．?６?Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ?ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ?ａｎｄ??ｆｕｅｌ?ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ??燃料利用率對系統(tǒng)效率的影響如圖７所示，隨??著燃料利用率的提高，ＳＯＦＣ－ＭＧＴ系統(tǒng)發(fā)電效率不??斷提高。設(shè)計工況下，系統(tǒng)的燃料利用率為８５％，由??于未燃部分在后燃室燃燒后，通過ＭＧＴ透平做功，??當(dāng)燃料利用率降低時，輸出功率有所下降，但范圍??有限，效率變化范圍在３個百分點。??００：００?０４：００?０８：００?１２：００?１６：００?２０：００?２４：００??時間／ｈｈ：ｍｍ??圖９夏至日系統(tǒng)輸出功率隨時間的變化??Ｆｉｇ．?９?Ｓｙｓｔｅｍ?ｏｕｔｐｕｔ?ｃｈａｎｇｅｓ?ｏｎ?ｓｕｍｍｅｒ?ｓｏｌｓｔｉｃｅ?ｗｉｔｈ?ｔｉｍｅ??００??ｏ?ｏ??ｏ?ｏ??６?４??１／麗?Ｓ－Ｋ??褂袞＃駟赍較韶醫(yī)－Ｋ??４?２?０?８?６??．４．４．４．３．３??５２??

２６３２??工程熱物理學(xué)報??４１卷??置、周圍環(huán)境等息息相關(guān)，選取冬至和夏至兩個典??型日，對系統(tǒng)性能進(jìn)行變輻照分析，得到典型日下??系統(tǒng)能董輸入與儲能之間的關(guān)系。典型日下太陽直??射輻照強度變化如圖８所示，由于太陽入射方向與??鏡面法線方向存在夾角，產(chǎn)生余弦損失．不同時刻、??不同季節(jié)余弦損失也各不相同。研究中太陽能集熱??器南北布置，受到太陽方位角的影響，冬季太陽余??弦損失較大。與此同時，測試地點位于北半球，冬季??太陽輻照時間短且輻照強度弱，導(dǎo)致太陽能熱化學(xué)??反應(yīng)產(chǎn)物不能滿足ＳＯＦＣ－ＭＧＴ的需求，需要對合??成氣先儲存再利用。夏季太陽輻照充足時，產(chǎn)生的??合成氣量過量，能夠滿足ＳＯＦＣ需求，多余部分進(jìn)??行儲存。??００：００?０４：００?０８：００?１２：００?１６：００?２０：００?２４：００??時間／ｈｈ：ｍｍ??圖８典型日太陽輻照特性??Ｆｉｇ．?８?Ｓｏｌａｒ?ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ?ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ?ｏｎ?ｔｗｏ?ｔｙｐｉｃａｌ?ｄａｙｓ??夏至日，一天內(nèi)系統(tǒng)發(fā)電量與太陽能凈發(fā)電效??率隨時間的變化如圖９所示，在夏至，７：００－１５：００期??間太陽輻照充足，太陽能熱化學(xué)甲醇分解產(chǎn)生的合??成氣能夠滿足ＳＯＦＣ的滿負(fù)荷運行，同時會有合成??０．５０１￣１￣￣１￣￣１￣■￣１￣■￣￣Ｉ—??０．５?０．６?０．７?０．８?０．９?１．０??燃料利用率ｔ／ｆ??圖７燃料利用率對合成氣發(fā)電效率和太陽能發(fā)電效率的影響??Ｆｉｇ．?７?Ｅｆｆｅｃｔ?ｏｆ?ｆｕｅｌ?ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ?ｒａｔｅ?ｏｎ?ｓｙｎｇａｓ?ａｎｄ?ｓｏｌａｒ?ｐｏｗｅｒ??ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]太陽能熱化學(xué)與化學(xué)回?zé)崧?lián)合的冷熱電系統(tǒng)[J]. 劉泰秀,隋軍,劉啟斌,劉鋒.  工程熱物理學(xué)報. 2017(09)
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本文編號：3526761