化石能源的過度開發(fā)及其引起的環(huán)境問題日益凸顯,人類的生存面臨極大挑戰(zhàn)。改變能源利用模式,提高能源利用效率,開發(fā)可再生能源是解決能源與環(huán)境問題的重要途徑。針對常規(guī)的基于燃料電池冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)存在的燃料成本高,能源利用率低,評價手段單一等問題,本文提出基于甲醇重整制氫的PEMFC冷熱電聯(lián)供系統(tǒng),并采用綜合評價方法對基于甲醇重整制氫的PEMFC冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)在熱力、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境方面的價值進(jìn)行評估。引入進(jìn)化算法作為優(yōu)化工具,優(yōu)化系統(tǒng)各方面指標(biāo),為聯(lián)供系統(tǒng)的優(yōu)化研究提供了新方法,本文主要研究內(nèi)容:首先,對基于甲醇重整制氫的PEMFC冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)進(jìn)行熱力學(xué)研究。根據(jù)熱力學(xué)第一和第二定律,建立冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)熱力學(xué)評價標(biāo)準(zhǔn)。借助參數(shù)分析方法,討論主要操作參數(shù)對冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的熱力學(xué)性能（電功率,效率,一次能源節(jié)省率等）的影響并進(jìn)行分析。結(jié)果表明高地?zé)釡囟扔欣谔岣呦到y(tǒng)的總電功率,熱功率,制冷量和一次能源利用率;提高水醇比也可以增加熱功率,制冷量,系統(tǒng)效率和?效率。另外,輸出總電力隨著燃料電池-燃?xì)廨啓C功率比的變化而波動,當(dāng)功率比為1.0時,系統(tǒng)可以達(dá)到最大輸出功率。其次,研究了基于甲醇重整制氫的PEM... 

【文章來源】：湖南理工學(xué)院湖南省

【文章頁數(shù)】：52 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

質(zhì)子交換膜燃料電池基本工作原理[16]

湖南理工學(xué)院碩士學(xué)位論文第2章PEMFC冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型9圖2-1基于甲醇重整制氫的PEMFC冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖2.2系統(tǒng)建模2.2.1質(zhì)子交換膜燃料電池燃料電池是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)，涉及熱力學(xué)、電化學(xué)、傳熱和傳質(zhì)等。所提出的熱力學(xué)模型基于以下假設(shè)：（1）氫氣純度為100％，并在燃料電池中完全反應(yīng)。假定空氣中含21％的氧氣和79％的氮氣。（2）電池堆中氣體的濃度和溫度是均勻的。（3）氫氣和空氣的進(jìn)口氣體溫度一致，并設(shè)置為恒定的358K。（4）堆的工作條件與單個燃料電池一致。（5）電堆的熱量損失可以忽略不計。燃料電池堆模型是基于文獻(xiàn)[34-36]所構(gòu)建的。空氣和氫氣分別供應(yīng)到質(zhì)子交換膜燃料電池的陰極和陽極側(cè)。借助于催化劑層，氫氣分裂成質(zhì)子和電子。質(zhì)子穿過膜滲透并到達(dá)陰極，而電子在到達(dá)陰極之前經(jīng)過負(fù)載電路。質(zhì)子，電子以及氧分子在陰極產(chǎn)生水和廢熱。化學(xué)反應(yīng)可以給出如下：(2-1)

湖南理工學(xué)院碩士學(xué)位論文第2章PEMFC冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型12表2-3甲醇和蒸汽重整子系統(tǒng)的模擬參數(shù)參數(shù)/組件（單位）數(shù)值混合器無壓降計量泵等熵/機械效率：0.87[37]/0.98熱交換器(bar)壓降:0.2過熱器(bar)壓降:0.2重整器(bar)壓降:0.3冷卻器(bar)壓降:0.2分離器(bar)壓降:0.2PSA(bar)壓降:0.5甲醇流入流速(kg/h)4地?zé)崴疁囟?K)423-473水醇比0.5-2.02.2.3溴化鋰吸收式制冷機溴化鋰（LiBr）吸收式制冷機憑借其節(jié)能效果好，經(jīng)濟(jì)性高的優(yōu)點在冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用[42-46]。溴化鋰制冷機可以利用余熱進(jìn)行制冷，根據(jù)熱源溫度的不同，選取的溴化鋰制冷機類型也不同[47-51]。由于該冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)采用的是工作溫度為368K的PEMFC電堆，產(chǎn)生的余熱溫度低于358K，因此采用單效溴化鋰制冷機作為系統(tǒng)制冷裝置。如圖2-2所示，單效溴化鋰制冷機主要由發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器和吸收器四個部件組成。工作原理為LiBr溶液在高溫發(fā)生器中被熱源水加熱，分離成LiBr濃溶液和制冷蒸汽。制冷蒸汽在冷凝器中冷凝成液態(tài)制冷劑，然后流入蒸發(fā)器。在蒸發(fā)器中，液態(tài)制冷劑吸收來自冷凍水的熱量，并蒸發(fā)成蒸汽，最后在吸收器中被LiBr濃溶液吸收。稀釋后的LiBr溶液又被泵入發(fā)生器進(jìn)入下一個循環(huán)。表2-4為制冷機的參數(shù)。圖2-2單效溴化鋰制冷機


本文編號：3062208