燃料电池发电系统详解

目录

前言

组成结构

系统参数

常见问题

参考资料


前言

        见《氢燃料电池技术综述》

        见《燃料电池工作原理详解》

组成结构

        燃料电池发电系统,由多个子系统和子模块组成,示例如下:

        燃料处理系统(fuel processing system),为燃料电池系统提供燃料供给和调节功能,将原燃料转化为燃料电池电堆可用燃料以及必要时对其加压加湿,由化学和/或物理处理设备以及相关的热交换器和控制器所组成的系统。

        氧化剂处理系统(oxidant treatment system),对输入的氧化剂进行计量、调控、处理(净化、增湿、增压、降温等),以便供燃料电池发电系统使用的系统。

        热管理系统(heat management system),为保持燃料电池系统在工作时,内部各模块的温度在正常范围内而提供冷却、散热和/或加热、也可能提供对过剩热再利用功能的系统。

        水管理系统(water management system),对燃料电池系统所用的回收水或补充水进行必要处理,保持燃料电池系统内部相关模块所需的水满足其正常运行要求,也为了实现水的再利用而进行管理的系统。

        再循环系统(recirculator system),把电堆的排出尾气(包含残留氢气)送回到反应气流中的系统。也称作回流系统。

        通风系统(ventilation system),通过机械或者自然方式,实现燃料电池系统的机壳内外空气交换的系统。

        电能调节系统(power conditioning system),把电堆发出的直流电转变成满足负载所需的直流电或交流电的系统。

        巡检模块(cell voltage monitor module),按预定时间自动检测电堆中每个单电池或每个检测单元电压。

        内电源模块(internal power module),燃料电池系统中用来启动燃料电池、或帮助燃料电池为负载供电、或在燃料电池待机时为寄生负载提供电能的模块。

        寄生负载(parasitic load),为了维持燃料电池发电系统运行,辅助系统(BOP)所消耗的功率,例如风机、泵、加热器、传感器的能耗。

        增湿器(humidifier),提升燃料和/或氧化剂气体湿度的装置。

        重整器(reformer),由原燃料制备富氢气体混合物的反应装置。例如,天然气和水蒸气的化学反应制备富氢气体,或者碳氢化合物原料在重整器内进行催化反应获得氢气。几种类型的重整器,如平板式、单管式、多管式、多双管式和多管环式。

        脱硫器(desulfurizer),除去原燃料中硫化物或其中硫元素的装置。

系统参数

        启动能量(startup energy),燃料电池发电系统在启动期间所需的电能、热能和/或化学(燃料)能等的总和。

        开路电压(open circuit voltage,OCV),燃料电池中有燃料和氧化剂没有外部电流流动时的端电压。

        空载电压(no-load voltage),燃料电池系统不向外部负载提供任何电能时,其所用电堆的输出电压。如果燃料电池系统通过使用其电堆,来为寄生负载提供电能,电堆此时的空载电压要低于电堆的开路电压。

        功率密度(Power Density),功率/体积,燃料电池发电系统额定功率和其体积的比值。

        比功率(Specific Power),功率/质量,燃料电池发电系统额定功率和其质量的比值。

        燃料电池系统寿命(fuel cell system lifetime),燃料电池系统从首次满足电流、电压或功率要求的运行开始,到其电流、电压或功率降至低于规定的最低可接受值的累计运行时间。

常见问题

        活化(conditioning):燃料电池正常运行前的预备步骤,在设定条件下运行燃料电池,从而使其达到设计性能或最优性能。活化可能包括可逆或不可逆的过程。

        气体吹扫(gas purge):通过使一种选定气体快速流动,将燃料电池中的气体或液体(例如氢气、空气或水等)快速清除的保护性操作。

        透氢(hydrogen crossover),氢气通过扩散,从阳极穿过质子交换膜,迁移到阴极的现象。

        水淹(flooding),气体通道被液态水堵塞,致使气体流动受阻,而引起燃料电池性能下降的现象。
 

参考资料

    GB/T 20042.1-2017 质子交换膜燃料电池 第1部分:术语


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