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(chǔ)能技術(shù)的特點(diǎn)
1.3不同電解池技術(shù)的特點(diǎn)
1.4固體氧化物電解池電制氣儲(chǔ)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(guò)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(jī)理研究現(xiàn)狀
1.5.2SOEC單元產(chǎn)物定向調(diào)控與動(dòng)態(tài)特性研究現(xiàn)狀
1.5.3SOEC電制氣儲(chǔ)能系統(tǒng)集成研究現(xiàn)狀
1.5.4研究存在的主要問(wèn)題
1.6研究思路及研究?jī)?nèi)容
第2章圖案電極電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理研究
2.1概述
2.2圖案電極CO2/CO電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理
2.2.1實(shí)驗(yàn)介紹
2.2.2電化學(xué)反應(yīng)動(dòng)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(jī)理
2.3圖案電極H2O/H2電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理
2.3.1電化學(xué)反應(yīng)動(dòng)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(jī)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(shí)驗(yàn)測(cè)試
3.2.1工作溫度和組分對(duì)電化學(xué)性能的影響
3.2.2工作溫度和組分對(duì)CH4生成特性的影響
3.3管式SOEC多物理場(chǎng)建模
3.3.1管式單元模型計(jì)算域與假設(shè)
3.3.2電化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和電荷守恒方程
3.3.3多相催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和質(zhì)量守恒方程
3.3.4動(dòng)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(yàn)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(jì)
3.4.1流動(dòng)模式對(duì)管式SOEC溫度分布和CH4
生成的影響
3.4.2熱流設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
3.4.3入口氣流溫度對(duì)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(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)
3.5.3實(shí)驗(yàn)步驟及內(nèi)容
3.5.4工作壓力對(duì)電化學(xué)性能的影響
3.5.5工作壓力對(duì)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
3.6.2LSGM和ZrO2材料體系管式SOEC對(duì)比
3.6.3中溫管式SOEC的熱中性運(yùn)行
3.6.4中溫管式SOEC熱流設(shè)計(jì)優(yōu)化
3.6.5中溫管式SOEC的加壓化運(yùn)行
3.7本章小結(jié)
第4章管式單元共電解H2O/CO2動(dòng)態(tài)特性研究
4.1概述
4.2管式單元?jiǎng)討B(tài)特性實(shí)驗(yàn)
4.2.1實(shí)驗(yàn)介紹
4.2.2管式單元?jiǎng)討B(tài)特性
4.3管式單元?jiǎng)討B(tài)模型分析
4.3.1動(dòng)態(tài)模型驗(yàn)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(chǔ)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(chǔ)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(jī)/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(jì)算
5.3基于路線1的不同電解技術(shù)的能效對(duì)比分析
5.4路線1和路線2的對(duì)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(chǔ)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(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)動(dòng)態(tài)
仿真建模
6.2.1風(fēng)電模塊和用戶(hù)負(fù)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(chǔ)能模塊
6.2.4燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)模塊
6.2.5系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真平臺(tái)
6.2.6系統(tǒng)評(píng)價(jià)參數(shù)的定義
6.3RSOC的負(fù)荷跟隨特性與分級(jí)調(diào)節(jié)
6.4不同風(fēng)電裝機(jī)容量融入的系統(tǒng)供能穩(wěn)定性
6.5集成不同儲(chǔ)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(bǔ)儲(chǔ)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(chǔ)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(diǎn)
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(dòng)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(xiàn)
在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果
致謝