Opracowanie modelu dynamicznego stosu węglanowych ogniw paliwowych

• Autorzy: Dybiński Olaf , Szczęśniak Arkadiusz , Milewski Jarosław

Warianty tytułu

EN

Development of dynamic model of molten carbonate fuel cells stack

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono wyniki pracy polegającej na opracowaniu modelu dynamicznego węglanowych ogniw paliwowych oraz jego weryfikacji przy wykorzystaniu rzeczywistych danych pomiarowych. Na podstawie danych wejściowych w postaci parametrów gazów na wlocie do katody i anody opracowany model umożliwia badanie stanów nieustalonych pracy stosu ogniw paliwowych, w tym parametrów gazów na wylocie z katody i anody, a także krzywych prądowo napięciowych możliwych do uzyskania z ogniwa. Do obliczeń wykorzystane zostało oprogramowanie Aspen Hysys. Wyniki uzyskiwane przy pomocy modelu zostały porównane z rzeczywistymi danymi pomiarowymi uzyskanymi z badania referencyjnego stosu ogniw paliwowych o mocy 1 kW. Przeanalizowano dwa stany pracy ogniwa: stan ustalony i stan nieustalony (proces rozruchu). Zaprezentowano wykresy wyników pomiarowych i obliczeniowych.

EN

The paper presents results of work involving development of a dynamic model of molten carbonate fuel cells, both with its verification using experimental data. On the basis of input parameters (supplied gases on the inlet to cathode and anode channel and current drawn from fuel cells) the model calculates the real-time stack response, i.e. stack voltage, parameters of outlet gases allowing for transient states of MCFC stack analysis. Aspen Hysys software was used for the calculations. The results obtained using the model were verified with real measurement data obtained from a reference test of a 1 kW fuel cell stack. Two cell operating states were analyzed: steady state and transient (startup process). Graphs of measurement and calculation results are presented.

Słowa kluczowe

PL

węglanowe ogniwa paliwowe; modelowanie matematyczne; procesy nieustalone

EN

molten carbonate fuel cells; mathematical modelling; transient state

• Wydawca: KAPRINT
• Czasopismo: Rynek Energii
• Rocznik: 2019
• Tom: Nr 5
• Strony: 52--61
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys.

Twórcy

autor

Dybiński Olaf

• Instytut Techniki Cieplnej przy Wydziale Mechanicznym Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej

autor

Szczęśniak Arkadiusz

• Instytut Techniki Cieplnej przy Wydziale Mechanicznym Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej

autor

Milewski Jarosław

• Instytut Techniki Cieplnej przy Wydziale Mechanicznym Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej

Bibliografia

• [1] Milewski J., K. Swirski, M. Santarelli, P. Leone, Advanced methods of solid oxide fuel cell modeling, Springer Science & Business Media, 2011.
• [2] O’Hayre R., S.-W. Cha, W. Colella, F. B. Prinz, Fuel Cell Fundamentals, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, 2006.
• [3] Kordesch K., G. Simader, Fuel Cell and Their Applications, VCH Verlagsgellschaft GmbH, 1996.
• [4] Stambouli A. B., E. Traversa, Solid oxide fuel cells (sofcs): a review of an environmentally clean and efficient source of energy, Renewable and sustainable energy reviews 6 (5) (2002) 433–455.
• [5] Laosiripojana N., S. Assabumrungrat, Catalytic steam reforming of methane, methanol, and ethanol over ni/ysz: The possible use of these fuels in internal reforming SOFC, Journal of Power Sources 163 (2) (2007) 943–951.
• [6] Blum L., R. Deja, R. Peters, D. Stolten, Comparison of efficiencies of low, mean and high temperature fuel cell systems, International Journal of Hydrogen Energy 36 (17) (2011) 11056 – 11067.
• [7] Kupecki J., K. Badyda, SOFC-based micro-CHP system as an example of efficient power generation unit, Archives of Thermodynamics 32 (3) (2011) 33–43.
• [8] Fathabadi H., Fuel cell/back-up battery hybrid energy conversion systems: dynamic modeling and harmonic considerations, Energy Conversion and Management 103 (2015) 573–584.
• [9] He W., Dynamic model for molten carbonate fuel-cell power-generation systems, Energy conversion and management 39 (8) (1998) 775–783.
• [10] Sedghisigarchi K., A. Feliachi, Dynamic and transient analysis of power distribution systems with fuel cells-part i: fuel-cell dynamic model, IEEE transactions on energy conversion 19 (2) (2004) 423–428.
• [11] Ovrum E., G. Dimopoulos, A validated dynamic model of the first marine molten carbonate fuel cell, Applied thermal engineering 35 (2012) 15–28.
• [12] Wolowicz M., Modelowanie matematyczne węglanowego ogniwa paliwowego, Ph.D. thesis, Warsaw University of Technology.
• [13] Moran M. J., Engineering Thermodynamics, CRC Press LLC, 1999.
• [14] Staniszewski B., Termodynamics (in Polish), Panstwowe Wydawnictwo Naukowe, Warsaw, 1982.
• [15] Burshtein A. I., Introduction to Thermodynamics and Kinetic Theory of Matter, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2006.
• [16] Milewski J., M. Wołowicz, A. Miller, R. Bernat, A reduced order model of molten carbonate fuel cell: A proposal, International Journal of Hydrogen Energy 38 (26) (2013) 11565–11575.
• [17] Sundmacher K., A. Kniele, H. J. Pesch, J. F. Berndt, G. Huppmann, Molten carbonate fuel cells, Modeling, analysis, simulation, and control. KGaA: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co.
• [18] Morita H., M. Komoda, Y. Mugikura, Y. Izaki, T. Watanabe, Y. Masuda, T. Matsuyama, Performance analysis of molten carbonate fuel cell using a Li/Na electrolyte, Journal of Power Sources 112 (2) (2002) 509–518.
• [19] Peng D. Y., D. B. Robinson, A new two-constant equation of state, Industrial & Engineering Chemistry Fundamentals 15 (1) (1976) 59–64.
• [20] Szczesniak A., J. Milewski, The reduced order model of a protonconducting solid oxide fuel cell, Journal of Power Technologies 94 (2) (2014) 122.
• [21] Hyprotech. HYSYS.Plant 2.1 User guide, 1996.
• [22] Koh J.H., H. K. Seo, Y.S. Yoo, H. C. Lim, Consideration of numerical simulation parameters and heat transfer models for a molten carbonate fuel cell stack, Chemical Engineering Journal 87 (3) (2002) 367–379.
• [23] J. Soler, T. Gonzalez, M. Escudero, T. Rodrigo, L. Daza, Endurance test on a single cell of a novel cathode material for MCFC, Journal of power sources 106 (1-2) (2002) 189–195.
• [24] Mitsushima S., K. Matsuzawa, N. Kamiya, K. I. Ota, Improvement of MCFC cathode stability by addi-tives, Electrochimica acta 47 (22-23) (2002) 3823–3830.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).