2014年北京科技大学与台北科技大学学术合作研究申请书申请人.docVIP

2014年度北京科技大学与台北科技大学学术合作研究申请书 申请人 姓名 包成 联系方式 邮箱 baocheng@me.ustb.edu.cn 学院 机械 职称 副教授 手机 项目名称 SOFC-GT混合发电系统建模、优化与控制策略 立项依据 作为高温燃料电池的代表，固体氧化物燃料电池（SOFC）电极反应过程迅速，且不必使用贵金属作为催化剂，废热能级高，可与燃气轮机（GT）等部件组成能量利用率很高的SOFC-GT混合循环发电系统，被公认为最具潜力的发电技术之一。SOFC中存在着复杂的流动、传热传质和电化学反应过程。当使用天然气或煤气合成气作为燃料时，在阳极中还可能发生水气变换反应（WGS）、甲烷重整和裂解，以及Boudouard反应和CO氢化等化学反应。SOFC-GT混合发电系统更是具有多种多样的拓扑结构。为了使系统更加紧凑，往往还采用内部重整（IR）、阳极气体回收（AGR）和阴极气体回收（CGR）等技术，各个子系统间相互影响、存在着强非线性耦合。因此，合理的系统结构分析和操作条件优化是保证系统高效、健康运行的基础。同时，对于分布式发电系统，系统负荷的频繁变化要求合理的系统控制来保证良好的系统动态响应。数值模拟是SOFC及其系统研究的重要手段，以多尺度系统部件模型为基础，研究SOFC-GT混合发电系统的优化和控制，对于推动我国燃料电池技术进步具有重要意义。 研究内容 本项目旨在开展基于模型的固体氧化物燃料电池（SOFC）-燃气轮机（GT）混合发电系统优化与控制方面的研究，主要内容包括：（1）基于自主开发的SOFC-GT系统多层次模型库，进一步改进适合系统分析的关键部件模型和数值算法；（2）系统稳态分析与优化：在商用平台gPROMS中对各部件模型库统一封装，实现图形化界面下的模块化设计，对高压/常压工作模式、内部/外部重整、阳极/阴极气体回收、以及电堆分级技术等进行探讨，分析系统的安全工作范围，并在此基础上进行操作条件的多目标全局优化；（3）系统动态特性分析和多变量耦合控制器设计：以部件物理模型为基础，建立面向控制的系统动态模型，考虑SOFC-GT混合发电系统状态间的固有耦合，在多输入多输出系统的频域分析基础上，引入线性和非线性多变量自适应控制率；（4）基于高精度和高实时性关键部件模型，构建SOFC、GT和其它关键部件模拟器，结合快速控制原型开发方法，开展SOFC-GT系统的半实物仿真和预集成研究。 预期研究成果 自主开发和改进SOFC-GT混合发电系统多层次、模块化仿真平台，在SOFC机理模型方面实现创新，提出适合纯氢、天然气和合成气等多种燃料的高精度和高实时性的关键部件模型。 分析IR、AGR、CGR和stack stage等技术，对SOFC-GT混合发电系统的拓扑结构、安全和健康运行工况和动态特性的影响，确定不同系统运行的边界条件，初步完成系统优化和控制策略研究。 构建SOFC-GT系统的硬件在环（HIL）仿真台架（可选，或部分开展）。 预期发表或接受SCI/EI检索期刊论文2篇以上。  经费预算 科目名称 专项经费 （单位：万元） 计算依据简要说明 设备费 3.0 gPROMS软件license、工业控制计算机等 材料费 2.5 实验燃料气体、PCB板卡及开发材料、及其它试制零散设备材料或日常耗材等 测试化验加工费 0.0 差旅费 2.0 差旅费和调研费等 会议费 0.5 学术会议会务费等 国际合作与交流费 0.4 与台北科技大学互访接待等 出版/文献/信息传播/知识产权事务费 0.5 论文版面及翻译费、知识产权事务和图书资料费等 劳务费 1.0 研究生津贴，2人X 500元/月X 10月 专家咨询费 0.0 评审费 （按总经费的1%预算） 0.1 总经费的1% 合 计 10.0 签字盖章页 申请人承诺 我保证计划任务书内容的真实性。如果获得资助，我将履行项目负责人职责，严格遵守北京科技大学大学基本科研业务费资助项目的有关规定，切实保证研究工作时间，认真开展工作，按时报送有关材料，对资助项目发表的论著和取得的研究成果按规定进行标注。若填报失实和违反规定，本人将承担全部责任。 签字： 年 月 日 所在单位意见 负责人签字： 单位公章：