1. 研究目的与意义（文献综述）

固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell，简称sofc)属于第三代燃料电池，是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置。其工作温度一般在600℃～1000℃，排气温度通常超过了600℃。由于不受“卡诺循环”的限制，其能量转换效率比普通热机高出很多，高达60%～80%。但在实际的使用中，其效率潜能通常不能充分发挥。造成sofc发电系统能量损失的主要问题在于没有充分利用系统的排气，这包括了两部分原因：一方面由于燃料电池的工作特点，不能完全氧化燃料,即不能转换燃料中的全部能量，因此在系统排气中仍有部分氢气和一氧化碳存在，若直接排放于环境，将造成能量的极大浪费；另一方面，由于sofc的排气温度高，还有很大的余热利用价值。因此针对sofc的工作特点，提高系统能量转换效率的最明显途径就是利用高品位的废热使得sofc可以和其他装置组成各种混合循环系统，从而大幅度地提高燃料的利用效率。在各种混合循环系统中，和微型燃气轮机（micro gas turbine，简称mgt）组成固体氧化物燃料电池-微型燃气轮机混合装置（sofc-mgt）是其最佳选择。一方面，微型燃气轮机发电经济性好且污染排放少，但其效率因受“卡诺循环”的限制而较低，满负荷运行时效率为30%，半负荷运行时效率为10%～15%;另一方面,燃料电池具有高效、低排放的特点，但成本昂贵。若将燃料电池和燃气轮机相结合组成联合循环装置，具有高热效率、环境友好、发电成本较低等优点。这种混合装置用于分布式发电的前景十分广阔。

最早成功开发出这种sofc-mgt混合装置的美国的westinghouse科技中心和北方研究公司（nre）。他们在1995年开发出了220kw的混合循环装置^[1]。macchi和campanari对2500kw的熔融碳酸盐燃料电池-微型燃气轮机混合装置系统进行仿真试验^[2]。日本在这方面也走在世界的前沿，其成功研制了350kw的熔融碳酸盐燃料电池-燃气轮机混合装置^[3]。

近几年来，许多示范性的高温固体燃料电池电站相继发电成功，以及燃气轮机的经验积累，都为发展高温固体燃料电池-燃气轮机混合动力系统创造了条件，使得这种混合装置的研究也得到了迅速发展^[4,5]。

2. 研究的基本内容与方案

首先，根据带有回热系统的微型燃气机的特性和假定条件，运用热力学第一定律对以微型燃气轮机为核心的冷热电三联供系统进行热力性能分析。再查阅相关资料，了解固体燃料电池电化学反应和热力性能原理，并对固体燃料电池进行建模、计算，分析电流密度、电池温度、压力等参数对燃料电池性能的影响。弄清固体燃料电池-微型燃气轮机混合装置的工作原理，对该混合循环装置的系统进行分析。为固体燃料电池-微型燃气轮机混合装置的热力计算提供一定的参考依据。

其次，根据所选题目，找到用于潜艇的固体燃料电池-微型燃气轮机混合装置的热力计算的相关实验数据，并进行顶层循环和底层循环的sofc-mgt的热力计算。

3. 研究计划与安排

1.熟悉选题内容，进行相关资料的整理，确定所要翻译的外文文献，并完成外文文献的翻译工作。（第1—2 周）

2.完成开题报告和文献综述任务。 （第3 周）

4. 参考文献（12篇以上）

1）. 王巍，黄钟岳，王晓放. 微型燃机与燃料电池复合装置的应用. 燃气轮机技术, 2006, 19(1): 26–29.

2）. 吴小娟. 固体氧化物燃料电池-微型燃气轮机混合发电系统的建模与控制. 博士学位论文, 上海交通大学, 2009.

3）. 黄镜欢. 固体氧化物燃料电池的传热传质数值模拟. 硕士学位论文, 南京理工大学, 2004.