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Modeling of a thermally integrated 10 kWe planar solid oxide fuel cell system with anode offgas recycling and internal reforming by discretization in flow direction

Wahl, Stefanie und Segarra, Ana Gallet und Horstmann, Peter und Carré, Maxime und Bessler, Wolfgang und Lapicque, François und Friedrich, K. Andreas (2015) Modeling of a thermally integrated 10 kWe planar solid oxide fuel cell system with anode offgas recycling and internal reforming by discretization in flow direction. Journal of Power Sources, 279, Seiten 656-666. Elsevier. doi: 10.1016/j.jpowsour.2014.12.084. ISSN 0378-7753.

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333kB

Offizielle URL: http://www.journals.elsevier.com/journal-of-power-sources/

Kurzfassung

Combined heat and power production (CHP) based on solid oxide fuel cells (SOFC) is a very promising technology to achieve high electrical efficiency to cover power demand by decentralized production. This paper presents a dynamic quasi 2D model of an SOFC system which consists of stack and balance of plant and includes thermal coupling between the single components. The model is implemented in Modelica® and validated with experimental data for the stack UI-characteristic and the thermal behavior. The good agreement between experimental and simulation results demonstrates the validity of the model. Different operating conditions and system configurations are tested, increasing the net electrical efficiency to 57% by implementing an anode offgas recycle rate of 65%. A sensitivity analysis of characteristic values of the system like fuel utilization, oxygen-to-carbon ratio and electrical efficiency for different natural gas compositions is carried out. The result shows that a control strategy adapted to variable natural gas composition and its energy content should be developed in order to optimize the operation of the system.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/99188/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Modeling of a thermally integrated 10 kWe planar solid oxide fuel cell system with anode offgas recycling and internal reforming by discretization in flow direction
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Wahl, StefanieRobert Bosch GmbHNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Segarra, Ana GalletRobert Bosch GmbHNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Horstmann, PeterRobert Bosch GmbHNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Carré, MaximeRobert Bosch GmbHNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bessler, Wolfgangwolfgang.bessler (at) hs-offenburg.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lapicque, FrançoisUniversité de LorraineNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Friedrich, K. Andreasandreas.friedrich (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2015
Erschienen in:Journal of Power Sources
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:279
DOI:10.1016/j.jpowsour.2014.12.084
Seitenbereich:Seiten 656-666
Verlag:Elsevier
ISSN:0378-7753
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Solid oxide fuel cell (SOFC) System Modeling Dynamic Two-dimensional (2D)
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Rationelle Energieumwandlung und Nutzung (alt)
HGF - Programmthema:Brennstoffzelle (alt)
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E EV - Energieverfahrenstechnik
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Elektrochemische Prozesse (alt)
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik
Hinterlegt von: Friedrich, Prof.Dr. Kaspar Andreas
Hinterlegt am:09 Dez 2015 09:42
Letzte Änderung:31 Jul 2019 19:56

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