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能源系统工程团队在《Renewable and Sustainable Energy Reviews》发表氢能驱动的电水联产技术原创论文

发布日期:2024-06-28    作者:     来源:     点击:

近日,宁波工程学院新能源学院能源系统工程研究团队在能源动力领域著名期刊Renewable and Sustainable Energy Reviews》(影响因子16.3,中科院全一区)上发表了题为“Integration of proton exchange membrane fuel cell with air gap membrane distillation for sustainable electricity and freshwater cogeneration: Performance, influential mechanism, multi-objective optimization and future perspective”的原创论文。

该研究针对我国东南沿海岛屿地区的稳定供电供水难题,提出了一种创新性的解决方案,即利用当地丰富的太阳能制取氢能,然后集成质子交换膜燃料电池和空气隙膜蒸馏装置来同时进行电力生产和海水淡水。本研究的创新之处在于提出了一种电水联产的新范式。该集成系统不仅能够有效解决质子交换膜燃料电池废热堆积带来的减寿问题,而且还能利用余热用来生产淡水。

该研究通过量化分析系统内部的热力学和电化学损耗,建立了评估系统性能的数学模型。经过严格的模型验证,发现集成系统在特定工作条件下,其峰值功率密度和㶲效率均优于单独的质子交换膜燃料电池。此外,研究还深入揭示了操作条件、空气间隙厚度、冷却剂温度以及膜特性等因素对系统性能的影响机制,为进一步提高系统性能提供了潜在的优化途径。基于梯度的局部敏感性分析,进一步确定了多目标下的最优参数调控策略。经济性分析显示,在整个生命周期内水和电力的平准化成本分别为21.53 $ m-30.061 $ kWh-1表明该集成系统的水和电力的平准化成本具有竞争力。通过融合遗传算法和理想解排序偏好技术的多目标优化,实现了效率和输出功率密度的最大化,同时最小化了单位面积的初始投资成本。该研究成果不仅为实际集成系统的设计与运行提供了理论指导和实践参考,也为该技术的下一步研究指明了方向。

该论文的通讯作者为张后程教授,宁波工程学院为唯一署名单位。该论文的发表体现了宁波工程学院新能源学院在能源系统工程领域的深厚实力和创新能力。学院坚持“产学研”一体化发展模式,围绕新能源行业“制能—储能—用能”技术全链条,布局了光伏技术、储能技术、氢能与燃料电池和能源系统工程等四大学科方向,通过与国内外多个研究机构和企业合作,不断推动相关技术的创新和应用。

论文链接:https://authors.elsevier.com/a/1j3H34s9HwDg2Y


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