Popularyzatorski opis rezultatów projektu

Nr wniosku: 153411, nr raportu: 239. Kierownik (z rap.): prof. dr hab. inż. Andrzej Miller
Popularyzatorski opis rezultatów projektu
projekt nr 2011/01/B/ST8/04926
1 Najważniejsze zrealizowane zadania
W ramach projektu zostały zrealizowane następujące zadania:
• Przeprowadzono analizę głównych parametrów modelu węglanowego ogniwa paliwowego
• Wyprowadzono zależności łączących poszczególne parametry modelu
• Powiązano zależności dotyczące termodynamiki, chemii, fizyki i elektrotechniki z parametrami modelu
• Zbudowano model węglanowego ogniwa w środowisku numerycznym
• Przeprowadzono analizę porównawczą wyników uzyskiwanych za pomocą otrzymanego modelu z danymi
doświadczalnymi
• Przeprowadzono analizę wpływu poszczególnych parametrów na osiągi węglanowego ogniwa paliwowego
badania za pomocą otrzymanego modelu dla warunków innych niż znane dane doświadczalne
2 Znaczenie projektu—wpływ na rozwój dyscypliny, stan istniejącej wiedzy oraz
znaczenie badań dla społeczeństwa
Niniejszy projekt dotyczy rozwoju i zastosowań ogniw paliwowych tj. jednej z technologii energetycznych uważanych za kluczowe w XXI w. Postulat rozwoju ogniw paliwowych zawarty jest zarówno w priorytetach Unii
Europejskiej w tym w Programach Ramowych oraz w strategicznym zakresie krajowej polityki energetycznej. Tematyka i zakres zrealizowanego projektu jest więc dobrze ulokowana zarówno w zakresie strategii długotrwałego
i zrównoważonego rozwoju kraju (w tym zrównoważonej polityki energetycznej Polski do 2025 r.) jak i zgodna
z priorytetami Unii Europejskiej w zakresie energetyki.
Ogniwa paliwowe są uważane za jedne z bardziej perspektywicznych źródeł energii elektrycznej, co jest związane
z potencjalnie bardzo wysoką sprawnością tych urządzeń. W celu określenia potencjalnych zastosowań tych ogniw
oraz ich konkurencyjności w stosunku do obecnie stosowanych źródeł energii elektrycznej, niezbędny jest prawidłowy model matematyczny pozwalający na szereg symulacji oraz przeprowadzenie procesów optymalizacyjnych
zarówno samych ogniw jak i układów je zawierających.
Stosowane obecnie modele matematyczne węglanowych ogniw paliwowych opierają się głównie na równaniach
aproksymujących krzywą napięciowo-prądową (E = f (i)) otrzymywaną na drodze badań doświadczalnych. Oznacza to bardzo ścisłe powiązanie tych modeli z konkretnymi danymi doświadczalnymi, co z kolei skutkuje trudnościami w określeniu osiągów ogniwa w warunkach znacznie odbiegających od warunków panujących podczas
doświadczeń.
Podczas realizacji projektu zbudowano zaawansowany model matematyczny węglanowego ogniwa paliwowego,
który to model uwzględnia szereg czynników pomijanych w modelach stosowanych do tej pory. Model ten opiera
się o ogólne zależności z zakresu termodynamiki, chemii i elektrotechniki praktycznie bez stosowania równań
empirycznych opartych wyłącznie o dane doświadczalne. Model został sparametryzowany między innymi następującymi wielkościami: rodzaj zastosowanego elektrolitu (opór jonowy i elektryczny); grubość elektrolitu (czy
kolejnych matryc); nominalny/aktualny stosunek ilości doprowadzanego paliwa/utleniacza do powierzchni ogniwa
(czynnik praktycznie w ogóle nieuwzględniany w modelach stosowanych obecnie a o bardzo istotnym znaczeniu).
Model uwzględnia wpływ między innymi następujących parametrów: stopień wykorzystania paliwa (Design
Point) lub ilości pobieranego prądu (Off-design Operation); składy i ilości gazów doprowadzanych do ogniwa;
temperaturę pracy ogniwa; ciśnienia gazów anodowych i katodowych.
Do najważniejszych wyników projektu badawczego należy zaliczyć:
1. Wyprowadzenie równania określającego napięcie ogniwa paliwowego MCFC
2. Określenie przewodności elektronowej dla ogniwa paliwowego MCFC
3. Przeprowadzenia badań doświadczalnych ukierunkowanych na walidację modelu