基于固体氧化物电解槽的甲烷电力转换系统的权衡设计及其对生物气升级的应用

基于固体氧化物电解槽的电力转换为甲烷在大规模能源储存以及生物气升级方面展现出前景，通过有效地将间歇性的可再生电力和二氧化碳（例如，在生物气中）转化为合成甲烷。可以在固体氧化物电解槽中使用空气或纯氧进行阳极清扫和热管理。本研究探讨了多种电力转甲烷布局的最佳概念设计，以（i）识别清扫气体类型对系统性能的影响，以及（ii）比较不同的生物气升级概念。进行了双目标优化，以了解系统效率与甲烷生产之间的权衡及关键设计变量的影响。结果表明，氧气清扫仅对系统性能产生了边际影响（在相同系统效率下，甲烷生产减少了6%）。电解槽内的甲烷化通过尽可能保持电解槽温度较高，帮助实现了更高的系统效率（超过90%）。与大多数生物气升级系统（效率范围为70-86%）的表现相似，独立的电力转甲烷系统不同，直接生物气电解在一个较宽的效率范围（52-88%）内运行，同时甲烷产量减少（比在70%效率下运行的其他系统少50%）。通过提高反应物转换率和电解压力，限制了电解槽内有害的甲烷重整。各种基于固体氧化物电解槽的电力转甲烷概念对生物气升级应用显示了良好的结果。生物气升级概念的实际选择将取决于处理可变可再生电力的操作灵活性需求，考虑不同的气体储存和碳捕集技术。