固體氧化物燃料電池多目標(biāo)優(yōu)化及熱機(jī)聯(lián)合系統(tǒng)性能分析.pdf

1、隨著能源危機(jī)的愈發(fā)嚴(yán)峻以及環(huán)境問(wèn)題的日益嚴(yán)重，高效率，低污染的能源利用方式越來(lái)越受到人們的高度重視。為了有效的利用能源和更好的保護(hù)環(huán)境，尋求合適的新能源及清潔能源成為世界各國(guó)關(guān)注的焦點(diǎn)，而不斷以提高能量轉(zhuǎn)換裝置的性能則一直是能源技術(shù)發(fā)展的主要趨勢(shì)。燃料電池是一種高效、潔凈的發(fā)電裝置，它將外界輸入的燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能并持續(xù)向外供電。這種發(fā)電技術(shù)不僅緩和了使用化石能源引起的污染排放問(wèn)題，還提高用電的靈活性和可靠性。本論文建立了一個(gè)經(jīng)典固

2、體固體氧化物燃料電池模型，分析驗(yàn)證了各種運(yùn)行工況對(duì)固體氧化物燃料電池系統(tǒng)的影響，采用遺傳算法對(duì)燃料電池的效率及體積進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化;固體氧化物燃料電池的高溫余熱驅(qū)動(dòng)熱機(jī)循環(huán)，建立了固體氧化物燃料電池-熱機(jī)混合系統(tǒng)，從而提高總體系統(tǒng)的熱力學(xué)效率。具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　第一章,介紹了燃料電池的發(fā)展歷史，研究背景和意義。
　　第二章,介紹了固體氧化物燃料電池(SOFC)工作原理，考慮其熱力學(xué)及電化學(xué)過(guò)程的不可逆因素，建立了固體氧化

3、物燃料電池完整的熱力學(xué)和電化學(xué)的不可逆模型。然后，確定一個(gè)固定運(yùn)行參數(shù)的燃料電池系統(tǒng)，通過(guò)理論分析和數(shù)值模擬的方法來(lái)研究運(yùn)行參數(shù)如工作溫度，壓力，電解質(zhì)厚度，空氣當(dāng)量及燃料當(dāng)量們對(duì)電池性能的影響，得出下一步對(duì)燃料電池系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化計(jì)算的理論依據(jù)。
　　第三章,對(duì)于輸出功率給定的燃料電池系統(tǒng)，推導(dǎo)出其系統(tǒng)尺寸的數(shù)學(xué)模型。結(jié)合第二章得出的系統(tǒng)效率的數(shù)學(xué)模型，利用多目標(biāo)遺傳算法進(jìn)行有關(guān)系統(tǒng)效率和系統(tǒng)尺寸的多目標(biāo)優(yōu)化計(jì)算。其中決策變量有四

4、個(gè)，分別是電流密度，空氣當(dāng)量，燃料當(dāng)量和工作壓力。優(yōu)化過(guò)程得出一組反映系統(tǒng)效率優(yōu)化和系統(tǒng)尺寸優(yōu)化兩者權(quán)衡關(guān)系的Pareto解集和四個(gè)決策變量的解集。通過(guò)分析決策變量解集與兩個(gè)目標(biāo)變量解集之間的關(guān)系，得出決策變量的優(yōu)化區(qū)間。
　　第四章,充分利用固體氧化物燃料電池的高品質(zhì)余熱來(lái)驅(qū)動(dòng)一個(gè)采用不可逆卡諾循環(huán)的熱機(jī)，這樣混合系統(tǒng)的輸出功率和效率都得到了提升。本章中考慮熱力學(xué)和電化學(xué)不可逆性以及燃料電池與熱機(jī)之間的導(dǎo)熱熱阻等各種損失，建立了