Pagtatasa ng Hydrogen Fuel Cell Power Generation Efficiency

Hydrogen fuel cellAng engine ay isang aparato ng henerasyon ng kuryente na direktang nagko -convert ng enerhiya ng kemikal ng hydrogen at oxygen sa elektrikal na enerhiya sa pamamagitan ng reaksyon ng electrochemical. Ang artikulong ito ay titingnan ang kahusayan ng henerasyon ng kuryente, kahusayan ng thermodynamic, atbp.

Ang kahusayan ng henerasyon ng kapangyarihan ng system = nababaligtad na kahusayan ng thermodynamic (94.53%, 25 ℃) × Electrochemical Efficiency × Fuel Utilization × System Component Efficiency (hindi kasama ang pagkawala ng bawat sangkap na subsystem):

(1) mababaligtad na kahusayan ng thermodynamic

Kinakatawan ang maximum na halaga ng enerhiya na nabuo ng kumpletong reaksyon ng mga molekula ng gasolina at mga molekulang oxygen na ginagamit para sa trabaho (mga hadlang ng pangalawang batas ng thermodynamics ay kailangang isaalang -alang).

Ang henerasyon ng electrochemical reaksyon ng kapangyarihan ay mahalagang batay sa singil sa paglilipat ng reaksyon ng redox. Ang proseso ng gas na tubig na nagiging likidong tubig ay may kaunting kontribusyon. Samakatuwid, ang henerasyon ng lakas ng hydrogen ay dapat gumamit ng mababang halaga ng calorific.

Ayon sa pangalawang batas ng thermodynamics: imposibleng gumawa ng isang cyclic heat engine na kumukuha ng init mula sa isang solong mapagkukunan ng init at i -convert ito nang ganap sa trabaho nang hindi nagiging sanhi ng iba pang mga pagbabago (pahayag ng kelvin), iyon ay, imposibleng gamitin ang lahat ng init na inilabas ng pagkasunog ng 1 kg ng hydrogen at oxygen na gumawa ng trabaho (pag -convert sa elektrikal na enerhiya) nang hindi nagiging sanhi ng mga pagbabago. Ang pagbabagong ito ay init na nailalarawan sa pamamagitan ng "entropy". Samakatuwid, ang anumang aparato na gumagamit ng enerhiya ng kemikal (gasolina) upang makabuo ng koryente ay may natural na kahusayan sa conversion ng limitasyon. Para sa mga cell ng gasolina, ang mababaligtad na kahusayan ng henerasyon ng thermodynamic ay ang pinakamataas na kahusayan ng henerasyon ng teoretikal na makamit ng cell ng gasolina. Sa temperatura ng silid (25 ° C), teoretikal, ang 1kg ng hydrogen ay maaaring makabuo ng 500mol*241.8/3600kj = 33.58 kWh ng koryente; Ayon sa kasalukuyang maximum na rate ng kahusayan ngFuel Cell SystemSa ilalim ng na -rate na mga kondisyon ng operating (60%, kabilang ang mababalik na kahusayan ng thermodynamic), sa katunayan, ang 1kg ng hydrogen ay maaaring makabuo ng 500mol*241.8/3600*60%= 20.15 kWh ng kuryente. 

. Ang kahusayan ng electrochemical ay ang susi sa pagsukat ng antas ng teknikal ngFuel Cell Stacks. 

(3) Rate ng paggamit ng gasolina Ang proporsyon ng gasolina na nakikilahok sa reaksyon. Ang ilang mga cell ng gasolina ay maaaring mag -recycle ng gasolina na dumaloy sa pamamagitan ng salansan ngunit hindi lumahok sa reaksyon sa pamamagitan ng isang pump ng sirkulasyon, kaya ang rate ng paggamit ay napakataas, ngunit magkakaroon din ng mga pagkalugi; Ang ilang mga cell ng gasolina ay nagsusunog ng gasolina na hindi lumahok sa reaksyon at output ito sa anyo ng enerhiya ng init. Sa kasong ito, ang rate ng paggamit ng gasolina ay maaari lamang kalkulahin bilang proporsyon ng pakikilahok sa reaksyon.

(4) kahusayan ng sangkap ng system

Ang mga sangkap ng subsystem tulad ng pamamahala ng tubig, pamamahala ng thermal, gas (hydrogen, air) supply, at pamamahala ng electrical management ay kailangang kumonsumo ng isang tiyak na halaga ng enerhiya (kuryente o init).

Kung ginagamit ang cogeneration, dapat na maidagdag ang kahusayan sa paggamit ng thermal, iyon ay: komprehensibong kahusayan ng system = kahusayan ng henerasyon ng kapangyarihan ng system + kahusayan sa paggamit ng thermal.

Kahusayan ng paggamit ng thermal: thermal energy na ginamit/enerhiya ng input fuel. Tandaan: Ang bahagi lamang na output sa labas at bumubuo ng mga benepisyo ng thermal ay itinuturing na "thermal energy na ginamit".

Halimbawa, karaniwang mga cell ng gasolina na may mataas na temperatura - solidong mga cell ng gasolina ng oxide (Sofc) at tinunaw na carbonate fuel cells (MCFC)-magkaroon ng isang operating temperatura ng hanggang sa 600 ~ 1000 ℃, at ang tambutso na gas ay magkakaroon ng mataas na grade na basura ng init, na maaaring magamit para sa mainit na supply ng tubig sa mga bahay, komersyal na lugar, pampublikong yunit, malamig na kadena, sariwang supermarket, at mataas na temperatura na pinagsama ang pagpapalamig sa mga sentro ng data.

Ang cogeneration ay madalas na isang kasanayan na mayroon lamang mga high-temperatura na mga cell ng gasolina. Karaniwang mga cell na may mababang temperatura, tulad ngProton Exchange MembraneAng mga cell ng gasolina (PEMFC) at alkalina na mga cell ng gasolina (AFC), ay may medyo limitadong pagbawi ng init.