Partnerzy
- Instytut Energetyki
Opis
Spośród wielu zalet stałotlenkowych ogniw paliwowych (SOFC) należy wyróżnić wysoką sprawność produkcji energii elektrycznej oraz możliwość zasilania ich różnymi paliwami. Jednym z kluczowych aspektów dotyczących prawidłowej pracy ogniwa, stosu ogniw paliwowych jest optymalne zaprojektowanie przepływu substratów i produktów reakcji zachodzącej wewnątrz ogniwa. Niewłaściwy rozpływ jest bowiem przyczyną nierównomiernego wykorzystania powierzchni elektrod. W momencie zwiększania skali układu może wtedy dojść do uszkodzenia stosu ogniw. Celem projektu było wskazanie i opracowanie metody symulacji i optymalizacji rozpływu gazów wewnątrz stosu ogniw SOFC.
W pierwszym etapie prac wykonany został trójwymiarowy model stosu SOFC. Wykorzystany został do symulacji przepływu i wyznaczenia rozkładu ciśnienia w warunkach pracy stosu. Następnie wykonano dwuwymiarowy model analityczny, który służy do modelowania nieobciążonego stosu ogniw SOFC. W ostatnim etapie trwania projektu opracowany został również dwuwymiarowy model, bazujący na modelu hydraulicznym. Model umożliwia symulowanie pracy stosu zarówno bez jak i pod obciążeniem prądowym.
Wyniki obliczeń poszczególnych modeli zostały porównane z danymi doświadczalnymi. Przepływ utleniacza odpowiadał elektrycznemu obciążeniu stosu 5000 A/m2. Stopień wykorzystania utleniacza zmieniał się w zakresie od 15% do 50%. Wykonane zostały pomiary przepływu (wlot, wylot z układu), ciśnienia oraz różnicy ciśnień. Rozbieżności pomiędzy danymi doświadczalnymi a wynikami obliczeń były dla wszystkich testowanych przypadków niższe niż 10%. Przeprowadzone testy i badania wskazują, że dwuwymiarowy, hydrauliczny model stosu z powodzeniem może być wykorzystywany w trakcie projektowania i optymalizacji rozpływu gazów wewnątrz stosu ogniw SOFC.