三菱重工SOFC手册.pptxVIP

三菱重工SOFC技术手册本手册深入介绍了三菱重工公司的固体氧化物燃料电池(SOFC)技术,包括其工作原理、设计特点、应用领域等。旨在为相关从业人员提供全面的技术指导和参考。by

SOFC发电系统简介固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种高效、清洁的发电技术,可以直接利用天然气等化石燃料发电。SOFC发电系统包括燃料电池堆、燃料处理、电力控制等核心部件,能够提供稳定的直流电输出。与传统发电技术相比,SOFC系统具有更高的发电效率和更低的污染排放。

SOFC技术优势高能量转换效率SOFC可以实现高达60%的发电效率,远高于传统发电技术。这使得SOFC具有较高的能量利用率和较好的经济性。多种燃料适用SOFC可以使用天然气、煤气、氢气等多种燃料,操作灵活性强,适应性广。这大大提高了SOFC的实用性。环境友好SOFC无需燃烧,仅通过电化学反应发电,因此几乎没有排放污染物,对环境影响很小。安全可靠SOFC采用固体陶瓷电解质,不存在泄漏、腐蚀等问题,安全性高,可靠性强。

SOFC构造与原理1电解质层坚固的氧化铝陶瓷膜2负极层钝化的金属基电极3正极层以镍为基的催化剂电极4连接层用于电子传导的陶瓷层SOFC的核心构造包括电解质层、负极层、正极层和连接层。电解质层是坚固的氧化铝陶瓷膜,负极层和正极层分别采用钝化的金属基电极和以镍为基的催化剂电极,连接层则为用于电子传导的陶瓷层。这些元件协同工作,实现了SOFC的发电原理。

SOFC电池结构及材料SOFC电池结构SOFC电池由阳极、电解质和阴极三个主要部分组成,通过特定的制造工艺进行堆叠形成。SOFC材料选择SOFC关键材料包括镍基陶瓷阳极、钇稳定氧化锆电解质和镧钡锰氧化物阴极等。SOFC制造工艺SOFC电池通过高温烧结等工艺制造,确保各部件间良好的附着力和导电性。

SOFC电堆设计设计目标SOFC电堆设计的关键是确保电池层堆积稳定、电流传输均匀、流场设计合理、机械强度满足要求等。电堆结构电堆通常由电池堆、分布板、集流板、密封材料等部件组成，设计时要考虑各部件的相互匹配。热管理合理的热管理有助于提高发电效率和电堆寿命。需优化热流分布、强化传热、控制温度梯度。材料选择电堆材料需耐高温、化学稳定、热膨胀匹配。常用钢、陶瓷、玻璃等。需评估成本和制造工艺。

SOFC电堆性能测试SOFC电堆性能测试是验证电堆关键技术指标和确保电堆安全可靠运行的重要过程。测试内容包括电流-电压特性、发电效率、负荷动态响应、耐久性等。测试内容评价指标电流-电压特性开路电压、最大功率电压、电池效率发电效率电化学转换效率、电热联产效率负荷动态响应负荷变化响应时间、负荷变化能力耐久性功率退化率、泄漏率、机械强度通过全面的性能测试,可以评估电堆的可靠性和适用性,为电堆的优化设计及应用提供依据。

SOFC电功率转换及控制功率转换SOFC电池组的直流电输出需要转换为交流电以实现并网。功率转换器将SOFC的直流电转换为高质量的交流电。电压调节功率转换器通过调节电压和频率来保持输出电力的稳定性,满足并网要求。系统控制整个SOFC发电系统需要精细的控制,包括电池堆温度、气流和燃料供给等,确保系统高效稳定运行。

SOFC热管理与废热利用1高温余热回收SOFC发电过程中产生大量高温余热,可用于提供工艺蒸汽或发电增效。2余热利用优化通过热电联产或余热锅炉等技术,最大化回收SOFC系统产生的高品位热量。3热量传递控制精确调控SOFC单元的热量传递,确保发电效率和电堆寿命,提高整体系统可靠性。4热管理集成将电堆、换热器、蓄热装置等核心部件进行优化集成,提升整体系统热管理水平。

SOFC发电系统集成SOFC发电系统的集成涉及电堆、电源转换、热管理、燃料供给和废热利用等多个关键子系统的协调配合。需要优化各子系统的设计和性能,确保整个发电系统能高效、可靠、安全地运行。集成设计的重点包括系统布局、组件匹配、工艺流程、控制策略等,确保各部件协调工作,实现SOFC发电系统的整体性能最优化。

SOFC系统辅助设备电力变换设备SOFC发电系统需要配备各种电力变换和调节设备,如逆变器、电压调节器等,以确保电能输出的稳定性和可靠性。燃料供应系统SOFC发电需要稳定的燃料供应,因此需要配备燃料储罐、燃料净化器、燃料调节装置等辅助设备。冷却系统SOFC电堆在运行过程中会产生大量高温废热,需要配备高效的冷却系统来维持电堆的工作温度。监测与控制系统SOFC发电系统需要配备智能化的监测和控制系统,实时监测各种运行参数,并自动调节以确保系统稳定运行。

SOFC系统工程应用1发电规模SOFC电堆可根据不同的应用需求而采用100kW、1MW甚至更大的规模设计，灵活适用于各种工业制造、大型建筑等领域。2系统集成SOFC系统需要与燃料供应系统、余热利用系统、电气控制系统等诸多子系统进行高度协调集成