固体氧化物燃料电池

固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell, SOFC)因具有转换效率高、无污染物排放、运行噪声低等特点被视为前景广阔的绿色发电技术之一，其被广泛应用于电力系统和交通运输等领域。针对SOFC稳态模型的参数优化设计问题，提出了一种基于混沌博弈优化(chaos game optimization, CGO)方法的SOFCs参数提取框架。同时，利用芬兰燃料电池技术公司Elcogen生产的陶瓷阳极支撑型平板式低温单体燃料电池(ASC-400B)工作于两种不同温度(即600 ℃和700 ℃)下的实验数据以及美国蒙大拿州立大学开发的基于物理模型的5 kW级管式SOFC电池堆栈模型在两种不同温度(即850 ℃和950 ℃)下的仿真数据，分别对所提框架、蒲公英优化器(dandelion optimizer, DO)、平衡优化器(equilibrium optimizer, EO)、粒子群优化(particle swarm optimization, PSO)算法和白鲨优化器(white shark optimizer, WSO)的参数提取的性能进行了深入的研究和分析。测试结果表明：相比于DO、EO、PSO和WSO，CGO能够准确、稳定且快速地提取上述各种SOFCs的模型未知参数，为SOFCs的系统建模提供了一种高效的方法。

针对风光富集地区大型新能源发电厂的弃风弃光问题，利用可逆固体氧化物燃料电池（reversible solid oxide fuel cell，RSOC）结合氢储能的双向转换特性消纳多余风光资源，提出一种双向可逆的集中式RSOC电氢耦合系统容量优化配置方法。首先构建集中式RSOC电氢耦合系统架构，建立发电系统、电氢转换系统等模型；其次考虑燃料电池特性建立RSOC性能衰减模型，考虑特高压通道可用传输能力不确定性生成典型场景；进而建立集中式RSOC双层容量规划模型，上层以运营期收益最大为目标优化RSOC、储氢库容量配置，下层以综合成本最低为目标优化各设备出力，联合粒子群算法与Cplex求解器进行求解。最后通过算例分析，验证RSOC的加入提高了系统经济性及环境效益，同时投资灵敏度分析表明电池单位容量成本是制约系统经济运行的重要因素。

​2024年1月8日四川成都市政府印发《关于前瞻培育未来产业构筑高质量发展新动能的实施意见》。《意见》提出，成都将重点培育先进能源等七大方向。其中重点能源领域，近期重点培育绿色氢能、新型储能等细分领域，推动制氢、储氢、运氢、用氢的基础材料、关键零部件和成套装备研发和产业化，加快“光储充”等新型储能设备产业化布局，积极探索固体氧化物燃料电池、液流电化学电池技术路线；中远期重点培育先进核能细分领域，攻关电磁驱动聚变、磁约束可控核聚变等新一代先进核能系统核心技术。

混合能源直流微电网在快速跟踪负载方面具有较大优势，弥补了固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell, SOFC)直流微电网功率跟踪缓慢的问题。现有能源管控策略重点关注能源分配，对系统效率、运行安全性和燃料亏空方面缺乏相关研究和成熟策略。为此，提出了一种混合能源直流微型电网能源优化管控策略。首先，搭建了混合SOFC直流微电网模型。其次，采用最优操作点(optimal operating points, OOPs)实现最大效率，然后采用平均电流控制模式保证稳定的电力供应。最后，设计了基于SOFC电流的时滞控制算法来避免燃料亏空。实验结果表明，所提出的能源优化管控策略具有时间响应迅速、输出效率高和热特性良好等优势。

便携式固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell，SOFC)系统包含气体供给模块、燃料处理模块、SOFC发电模块、热管理模块、尾气处理模块和控制模块等，其中，燃料处理模块与SOFC发电模块之间存在复杂的耦合匹配关系，明确模块间的耦合特性对提升系统性能以及运行寿命十分关键。 方法 分析了温度、碳氧比等因素对以Rh为催化剂的丙烷催化部分氧化(catalytic partial oxidation，CPOx)性能的影响，并进一步测试了CPOx与SOFC电堆的耦合性能。 结果 随着体积空速的升高，CPOx重整效率先升高后下降，100、150 mL/min是较为合适的体积空速；而温度的升高则能一直提升重整效率，但是高温度下相同温度增幅带来的重整效率提升逐渐减小；实验得到的最优碳氧比为1.0；在CPOx的最优工况下，SOFC电堆的性能达到了8.38 W。 结论 在丙烷体积空速150 min-1，碳、氧摩尔分数比1.0，工作温度800 ℃的条件下，SOFC电堆与CPOx的耦合性能最佳，丙烷便携式发电系统在体积为12 L时发电功率达到150 W。