Оценка значимости влияния термодинамических факторов на эффективность работы твердооксидных топливных элементов

Abstract

Технологии прямого преобразования энергии топлива в электрическую энергию являются перспективным направлением в энергетике. В последние десятилетия в ряде стран созданы промышленные образцы электростанций на топливных элементах (ячейках), а сами топливные элементы стали коммерческим изделием на мировом энергетическом рынке. Высокий электрический КПД топливных ячеек позволяет говорить о дальнейшем их распространении в составе гибридных установок совместно с газо- и паротурбинными установками, что дает возможность достигать электрического КПД более 70 %. Тем не менее исследования в области повышения эффективности и надежности топливных элементов продолжаются. В частности, научный интерес представляет изучение влияния на эффективность работы твердооксидных топливных элементов термодинамических параметров реакции окисления, состава топлива и продуктов реакции окисления. В статье выполнен краткий анализ влияния вида топлива на эффективность работы твердооксидных топливных элементов. На основе имеющихся в открытой печати экспериментальных данных и данных численного моделирования представлены результаты статистического анализа влияния термодинамических параметров твердооксидного топливного элемента на эффективность его функционирования, а также факторов взаимодействия этих параметров и состава газов на входе в элемент и выходе из него. Приведены диаграммы, которые отражают степень влияния указанных параметров на эффективность работы твердооксидных топливных элементов, определены степени значимости вышеперечисленных факторов. Статистический анализ влияния термодинамических, расходных и концентрационных параметров процесса функционирования твердооксидных топливных элементов показал, что наиболее существенное влияние на эффективность работы элемента в исследованной области оказывают факторы взаимодействия (температура – расход и давление – расход) и концентрации азота N2 и кислорода O2. Именно эти параметры должны в первую очередь учитываться в математических моделях, разрабатываемых для оптимизации режимов работы твердооксидных топливных элементов.