高溫共電解水和二氧化碳合成甲烷反應(yīng)特性與系統(tǒng)研究

目
第1章引言
1.1研究背景及意義
1.2不同電儲能技術(shù)的特點
1.3不同電解池技術(shù)的特點
1.4固體氧化物電解池電制氣儲能
1.4.1基本工作原理
1.4.2發(fā)展歷程
1.4.3可逆化操作
1.4.4能量轉(zhuǎn)換過程
1.5SOEC共電解H2O/CO2合成CH4研究現(xiàn)狀
1.5.1SOEC界面電化學(xué)反應(yīng)機理研究現(xiàn)狀
1.5.2SOEC單元產(chǎn)物定向調(diào)控與動態(tài)特性研究現(xiàn)狀
1.5.3SOEC電制氣儲能系統(tǒng)集成研究現(xiàn)狀
1.5.4研究存在的主要問題
1.6研究思路及研究內(nèi)容
第2章圖案電極電化學(xué)反應(yīng)機理研究
2.1概述
2.2圖案電極CO2/CO電化學(xué)反應(yīng)機理
2.2.1實驗介紹
2.2.2電化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)
2.2.3反應(yīng)速率控制步驟分析
2.2.4圖案電極基元反應(yīng)模型
2.2.5圖案電極CO2/CO電化學(xué)反應(yīng)機理
2.3圖案電極H2O/H2電化學(xué)反應(yīng)機理
2.3.1電化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)
2.3.2反應(yīng)速率控制步驟分析
2.3.3圖案電極基元反應(yīng)模型
2.3.4圖案電極H2O/H2電化學(xué)反應(yīng)機理
2.4本章小結(jié)
第3章管式單元共電解H2O/CO2定向合成CH4研究
3.1概述
3.2管式SOEC常壓共電解H2O/CO2直接合成
CH4實驗測試
3.2.1工作溫度和組分對電化學(xué)性能的影響
3.2.2工作溫度和組分對CH4生成特性的影響
3.3管式SOEC多物理場建模
3.3.1管式單元模型計算域與假設(shè)
3.3.2電化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)和電荷守恒方程
3.3.3多相催化反應(yīng)動力學(xué)和質(zhì)量守恒方程
3.3.4動量守恒方程
3.3.5能量守恒方程
3.3.6方程求解域和邊界條件
3.3.7模型參數(shù)、校準(zhǔn)和驗證
3.3.8管式SOEC內(nèi)部的基本分布情況
3.4管式SOEC共電解H2O/CO2直接合成CH4的
熱流設(shè)計
3.4.1流動模式對管式SOEC溫度分布和CH4
生成的影響
3.4.2熱流設(shè)計的實驗驗證
3.4.3入口氣流溫度對CH4生成的影響
3.5加壓管式共電解H2O/CO2直接合成CH4
3.5.1加壓管式單元反應(yīng)器
3.5.2加壓管式單元實驗測試系統(tǒng)
3.5.3實驗步驟及內(nèi)容
3.5.4工作壓力對電化學(xué)性能的影響
3.5.5工作壓力對CH4生成特性的影響
3.6中溫管式SOEC共電解H2O/CO2直接合成CH4
3.6.1中溫管式SOEC模型的實驗驗證
3.6.2LSGM和ZrO2材料體系管式SOEC對比
3.6.3中溫管式SOEC的熱中性運行
3.6.4中溫管式SOEC熱流設(shè)計優(yōu)化
3.6.5中溫管式SOEC的加壓化運行
3.7本章小結(jié)
第4章管式單元共電解H2O/CO2動態(tài)特性研究
4.1概述
4.2管式單元動態(tài)特性實驗
4.2.1實驗介紹
4.2.2管式單元動態(tài)特性
4.3管式單元動態(tài)模型分析
4.3.1動態(tài)模型驗證
4.3.2電壓階躍變化的影響
4.3.3入口氣體階躍變化的影響
4.4本章小結(jié)
第5章可再生能源電力制取CH4儲能系統(tǒng)能效優(yōu)化研究
5.1概述
5.2可再生能源電力合成CH4儲能系統(tǒng)建模
5.2.1電解池模塊
5.2.2甲烷化反應(yīng)器模塊
5.2.3換熱器模塊
5.2.4壓縮機/透平模塊
5.2.5其他模塊
5.2.6系統(tǒng)示意圖
5.2.7的計算
5.3基于路線1的不同電解技術(shù)的能效對比分析
5.4路線1和路線2的對比： 不同SOEC電解模式的
系統(tǒng)能效分析
5.4.1電流密度的影響
5.4.2工作溫度的影響
5.4.3工作壓力的影響
5.5路線3： SOEC共電解H2O/CO2一步甲烷化的
系統(tǒng)能效分析
5.5.1等溫型SOEC一步甲烷化反應(yīng)器
5.5.2溫度梯度型SOEC一步甲烷化反應(yīng)器
5.6本章小結(jié)
第6章風(fēng)電與天然氣融合的儲能發(fā)電系統(tǒng)供能穩(wěn)定性研究
6.1概述
6.2風(fēng)電與天然氣融合的分布式儲能發(fā)電系統(tǒng)動態(tài)
仿真建模
6.2.1風(fēng)電模塊和用戶負荷模塊
6.2.2可逆固體氧化物電解池堆模塊
6.2.3鋰離子電池儲能模塊
6.2.4燃氣內(nèi)燃機模塊
6.2.5系統(tǒng)動態(tài)仿真平臺
6.2.6系統(tǒng)評價參數(shù)的定義
6.3RSOC的負荷跟隨特性與分級調(diào)節(jié)
6.4不同風(fēng)電裝機容量融入的系統(tǒng)供能穩(wěn)定性
6.5集成不同儲能技術(shù)的系統(tǒng)供能穩(wěn)定性
6.6可再生能源與天然氣的融合互補儲能策略
6.6.1風(fēng)電分配模式的影響
6.6.2RSOC和鋰離子電池聯(lián)合儲能
6.7本章小結(jié)
第7章總結(jié)與展望
7.1總結(jié)
7.2主要特色及創(chuàng)新點
7.3建議與展望
附錄A圖案電極基元反應(yīng)建模方法
A.1模型假設(shè)
A.2基元反應(yīng)與電荷轉(zhuǎn)移反應(yīng)動力學(xué)
A.3電荷傳遞和質(zhì)量傳遞
A.4邊界條件和模型求解
參考文獻
在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果
致謝