热电光伏与固体氧化物燃料电池协同的多联产系统：面向绿色氢能与CO2液化的技术经济优化研究

本文创新性地提出了一种集成热电光伏（TPV）与固体氧化物燃料电池（SOFC）的多联产系统，通过回收SOFC辐射废热驱动闭式布雷顿循环和钒氯化物（VCl）制氢，结合液化天然气（LNG）冷却实现CO2捕集。该系统以生物质为燃料，经多目标灰狼优化（MOGWO）后，净功率达2798 kW，?效率35.44%，氢产率0.01285 kg/s，兼具低碳与经济可行性（投资回收期4-7年），为分布式清洁能源提供了高效解决方案。

　　

Highlight

本研究提出了一种革命性的多联产系统，巧妙融合了热电光伏（TPV）与固体氧化物燃料电池（SOFC）的"热-电-氢"协同机制。SOFC的"高温辐射废热"不再被浪费，而是通过TPV单元转化为额外电力，犹如为系统装上了"能量回收加速器"。钒氯化物（VCl）循环则化身"氢能魔术师"，利用余热将水分子拆解为清洁氢气，而液化天然气（LNG）的低温特性则成为CO₂捕集的"冷冻镊子"，实现温室气体变废为宝。

系统描述

如图1所示，这套"能源乐高"包含：

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  消化单元：生物质在这里经历"微生物盛宴"，产出富含甲烷的沼气

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  SOFC核心：通过电化学反应将化学能直接转化为电能，效率远超传统燃烧

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  TPV黑科技：像"光伏向日葵"般捕捉SOFC的红外辐射，光电转换效率达12%

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  氢能工厂：VCl循环三步走（热解→水解→分离），每秒钟生产0.01285 kg氢分子

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  碳捕集彩蛋：-162°C的LNG冷能让CO₂乖乖变成液体，便于封存或工业利用

创新突破

1. 1.

   效率跃升：TPV使系统?效率突破35%，比传统SOFC系统提升近40%

2. 2.

   氢-电联产：每发1度电可同步制造4.6升氢气，实现"能源双丰收"

3. 3.

   碳中和密码：CO₂排放指数仅0.6353 kg/kWh，远低于燃煤电站

4. 4.

   经济账本：在0.15美元/度电场景下，4年即可回本，适合偏远地区

未来蓝图

作者团队正探索将系统微型化，目标是为500人村庄提供"电-氢-冷"三联供。就像"能源瑞士军刀"，这套系统有望成为应对气候变化的新武器，让生物质垃圾变身清洁能源宝藏。