[发明专利]一种多堆固体氧化物燃料电池的热电联供运行方法及系统

说明书

本发明属于固体氧化物燃料电池的热电联供领域，并具体公开了一种多堆固体氧化物燃料电池的热电联供运行方法；该热电联供运行方法通过将k堆固体氧化物燃料电池运行的功率‑效率曲线叠加(k＝1…n)，取k堆与k+1堆运行的功率‑效率曲线的交点以上部分，得到系统功率‑效率曲线，在该曲线上的每一个点均为系统在该输出功率下的最高效率，然后依据该功率‑效率曲线运行系统；对比该运行方法与传统逐级启动方法的功率‑效率曲线，证明该方法能够提高多堆固体氧化物燃料电池的热电联供系统的电效率。本发明还公开了一种多堆固体氧化物燃料电池的热电联供运行系统，该系统采用多个固体氧化物燃料电池电堆，相比于传统单堆系统，系统稳定性得到提升。

技术领域

本发明属于固体氧化物燃料电池的热电联供领域，更具体地，涉及一种多堆固体氧化物燃料电池的热电联供运行方法及系统。

背景技术

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC)是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、清洁地转化成电能的全固态化学发电装置。由于固体氧化物燃料电池发电的排气温度高，其非常适用于热电联供；固体氧化物燃料电池的热电联供不但具有较高的发电效率，同时也具有低污染的环境效益。

固体氧化物燃料电池单堆运行时，随着功率的增大，其产热随之增加，容易出现局部热应力过大，损坏电池；且单堆电池出现故障会导致系统崩溃，稳定性较低。采用多堆运行能够降低每个单堆负荷，因此能够解决局部热应力的问题，提升系统稳定性。采用多堆运行时，为使系统达到所需电功率，现有技术中通常采用如图10中的逐级启动的运行方式，以使系统电功率逐步增加，直至达到所需电功率。然而，在实际应用中发现，该种运行方式存在电效率低的缺点。另外，现有技术中的多堆固体氧化物燃料电池通常采用串联的方式，仍然存在单堆电池故障即导致系统失效的问题，系统稳定性低。

基于此，本领域亟需一种多堆固体氧化物燃料电池的热电联供运行方法及系统，以解决多堆逐级启动运行方式电效率低的问题，同时解决单堆运行和多堆串联运行稳定性低的问题，提供一种效率高且稳定的多堆固体氧化物燃料电池的热电联供运行方法及系统。

发明内容

针对现有技术的上述缺点和/或改进需求，本发明提供了一种多堆固体氧化物燃料电池的热电联供运行方法及系统，以解决多堆固体氧化物燃料电池的现有运行方式电效率低的问题，同时解决单堆运行局部热应力过大、单堆运行和多堆串联运行稳定性低的问题，提供一种多堆固体氧化物燃料电池的热电联供运行方法及系统，以提高系统的电效率及稳定性。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种多堆固体氧化物燃料电池的热电联供运行方法，其包括以下步骤：

S1，计算k堆固体氧化物燃料电池运行的电堆输出电功率和辅助系统电功率损失；

S2，依据电堆输出电功率和辅助系统电功率损失计算k堆运行效率并得到k堆固体氧化物燃料电池运行的功率-效率曲线；

S3，依据k堆运行功率-效率曲线获取系统功率-效率曲线；

S4，依据系统功率-效率曲线确定系统所需单堆固体氧化物燃料电池的数量；

S5，依据步骤S4中所确定的系统所需单堆固体氧化物燃料电池数量计算每个单堆固体氧化物燃料电池的电功率分配；

S6，依据步骤S4中的数量以及步骤S5中的电功率运行系统；

在上述步骤中，k＝1,2,…n；n为该热电联供运行系统中单堆固体氧化物燃料电池的最大数量。

作为进一步优选的，通过k堆固体氧化物燃料电池运行的各功率-效率曲线的叠加以获取系统功率-效率曲线；其方法为：依次取k堆与k+1堆固体氧化物燃料电池的功率-效率曲线的交点以上部分，以得到系统功率-效率曲线，其中k≤(n-1)；该方法所获取的系统功率-效率曲线在每个点处均为系统在该电功率下的效率最大值，确保了系统功率-效率曲线的准确性。