SOFC複合發電系統效能提升研究

研究計畫: Research project

專案詳細資料

Description

固態氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)具有高效率與低汙染等特點,其複合發電特性被廣泛應用於民生與商業大樓用電力以提供高質量的潔淨能源。這一技術有望緩解能源危機與保護生態環境,近年來已為各國競相發展的熱門課題,但因系統開發的複雜與熱效率提升等問題,目前尚缺乏完整的設計與效率規劃的方法,使能依據不同的設計目標進行整體效率的評估與提升。有鑑於此,本計畫因此提出SOFC複合發電系統之完整結構,擬依據給定的設計需求,進行關鍵組件之選取組配。再依據運轉過程中,各組件所產生之熱量傳遞、熵增以及熱損等,進行詳細評估,掌握運轉中各組件間之瞬時熱力學。結合複合發電系統之完整結構組件與熱源管控模組,透過結合不同複合式發電與熱源交換模組,再利用系統間參數之調整,尋求系統整體運轉效能之最佳化。不同於傳統熱力學對系統穩定拉載模式,計畫將透過各組件熱力學方程,分析系統組件熱源在各種情境下的溫度與熵增變化,建立起整套熱源管控模擬系統,使資訊能迅速回授到系統中,如實地反映各組件在瞬時動態下之熱能變化,以保持系統整體高效運轉之操作。 為提升電堆之發電效率,系統之操作條件與策略將是計畫探討的關鍵要項。運轉發電時各電堆溫度,拉載電流密度,以及燃料使用率都將直接影響系統整體的效能,故如何透過系統操作控制,將SOFC各電堆之溫度穩定控制於800-850℃之操作區間並縮小電堆間的溫差,為電堆發電效率之關鍵。隨燃料使用率的提升,電堆的發電效率也將隨之上升,當電堆燃料使用率達到80%,電堆之發電效率將上升至約50%;若系統搭配陽極回收,則燃料使用率可高達93%以上,而電堆的發電效率可超過60%。若電堆之熵增量也增大的話,將使㶲下降,系統整體效率就不一定會有所上升。因此藉由在不同工作溫度、流率、壓力操作下,利用熵增與㶲分析系統各組件之熱損,找出SOFC電堆操作最適化條件,以提升系統的發電效率。 本計畫預計分兩年完成。第一年之主要目標在於建立SOFC系統之分析,並透過迴路控制完成熱效管理之模型,進而提出影響SOFC系統熱效與發電功率之關鍵因子。第二年則主要是依據第一年之分析結果,比較SOFC系統於各種迴路添加陽極尾氣回收系統,其系統效率之變化,並透過控制與熱源管理優化整體系統,最後根據熵增與可用性分析,驗證各因素對於系統效率影響與高效系統之提出。
狀態已完成
有效的開始/結束日期20-08-0121-07-31