DOI:https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.04.264
原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360319924015672
化石燃料的过度发展所带来的环境问题日益严重，亟待推广新型有效的能源技术。固体氧化物燃料电池（SOFC）系统作为一种环境友好、低排放、燃料适应性强且有前途的解决方案，受到了广泛的关注。为了更好地推动SOFC的发展，SOFC测试系统（SOFC TS）非常重要。在本文中，我们建立了一种双预热SOFC TS配置，其中燃料首先由废气预热，然后由电加热器预热至设定温度。进行了全面的热力学分析以研究该SOFC TS的特性。在此设计的测试系统的基础上，采用多目标优化方法来提高热管理子系统的性能。结果表明，SOFC电堆是SOFC TS中的主要火用部件，所选点的多目标优化可以降低热管理成本60美元，提高系统效率4.5%。
研究亮点包括：
提出了一种双预热 SOFC 测试系统布局。
对该 SOFC TS 进行热力学和参数分析。
对 SOFC TS 进行多目标优化。
热管理成本降低 60 美元，系统效率提高 4.5%。
Fig. 1. System configuration of SOFC TS: (a) Hybrid preheating. (b) Heat exchanger preheating, (c) Electrical preheating.
Fig. 2. Multi-objective optimization procedure.
Fig. 3. Comparison between the simulation and experimental data
Fig. 4. SOFC-TS output power and system efficiency.
Fig. 5. Exergy flow diagram in SOFC TS.
Fig. 6. Component exergy destruction under various fuel utilizations in the SOFC TS.
Fig. 7. Component exergy destruction under various operating currents in the SOFC TS.
Fig. 8. Pareto frontier.
简而言之，提出了一种配备双预热器的 SOFC TS。通过热力学分析研究了这种 SOFC TS 的特性。为了研究燃料消耗和运行电流如何影响系统性能指标，进行了参数分析。随后，使用遗传算法对系统进行多目标优化，以热管理系统成本和系统效率为目标函数。主要得到的结果如下。
（1）随着电流密度的增加，能量损失增加。加力燃烧器的能量损失对燃料利用率最敏感
（2）与单目标优化相比，多目标优化的选定点可以将热管理成本降低 60 美元，并将系统效率提高 4.5%。
（3）系统约 60-75% 的能量损失归因于 SOFC。2 号预热器全系统能量损失最低（约 2.5%）。
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