5. Modelowanie osiągów niskoemisyjnych ogniw paliwowych za pomocą modeli matematycznych typu CFM
Marcin Lemański, Janusz Badur, Paweł Ziółkowski, Sebastian Kornet
Zamieszczony w:
Streszczenie:
W artykule przedstawiono matematyczny model rurkowego ogniwa paliwowego
i jego implementację do własnego kodu typu CFM (Computational Flow
Mechanics) o nazwie COM-GAS. Kody numeryczne CFM pozwalają przewidzieć
podstawowe parametry ogniwa takie jak: prąd, napięcie, skład spalin etc. Napięcie generowane
przez ogniwo paliwowe wyznaczono na podstawie rozszerzonego równania
Nernsta. Skład spalin oszacowano opierając się o stałą równowagi reakcji shiftingu.
Poza tym, reakcja reformingu metanu oraz reakcja elektrochemiczna wodoru i tlenu
zostały założone i wprowadzone do modelu. Porównano wyniki symulacji numerycznej
z dostępnymi wynikami eksperymentów. Należy podkreślić, że różnice, z wyjątkiem
eksperymentu Tomlina, są poniżej 5%. Udowodniono, że wzrost gęstości prądu obniża
sprawność elektryczną SOFC, zatem ogniwa paliwowe zazwyczaj powinny pracować na
niskiej gęstości prądu elektrycznego, z odpowiadającą temu sprawnością na poziomie
45-50% i z niskim poziomem emisji zanieczyszczeń (zerowa emisja zanieczyszczeń jest
w przypadku spalania wodoru). Obecnie, w konwencjonalnych elektrowniach sprawność
elektryczna i poziom emisji zanieczyszczeń kształtują się odpowiednio na poziomie 40-
45% i 1,00 kgCO2/kWh.