تحلیل ترمودینامیکی یک میکرو چرخه هیبریدی پیل سوختی اکسید جامد و میکروتوربین گاز

نوع مقاله: علمی-ترویجی

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه کردستان، سنندج *سنندج، 15175-66177 ، Ma.ebrahimi@uok.ac.ir

2 دانشجوی کارشناسی، مهندسی مکانیک، دانشگاه کردستان، سنندج

چکیده

در این مقاله یک چرخه هیبریدی از ترکیب دو  فناوری مدرن پیل سوختی اکسید جامد و میکروتوربین گازی به منظور تولید توان در مقیاس میکرو  پیشنهاد شده ­است. پیل سوختی مورد نظر از یک بهساز خارجی جهت تبدیل گاز متان به هیدروژن استفاده می­کند. گازهای خروجی از  پیل سوختی که دارای کیفیت بالایی هستند در میکروتوربین گازی استفاده می­شوند، تا ظرفیت تولید توان چرخه افزایش یابد. جهت تحلیل رفتار چرخه، مدل ترمودینامیکی چرخه ارائه و حل شده است.  جهت اطمینان از عملکرد پیل سوختی، مقدار ولتاژ یک واحد پیل سوختی بر حسب چگالی جریان محاسبه و با نتایج آزمایشگاهی سایر پژوهشگران مقایسه شده است. مقایسه صورت گرفته سازگاری خوبی را بین نتایج محاسباتی و آزمایشگاهی نشان می­دهد. جهت بررسی رفتار چرخه تاثیر پارامترهای مختلفی از جمله چگالی جریان، فشار کاری پیل سوختی و دمای عملکرد بهساز را بر مقدار توان تولیدی پیل سوختی، توان تولیدی میکروتوربین گازی، بازدهی الکتریکی چرخه، بازدهی الکتریکی پیل، دمای عملکرد پیل و غیره بررسی شده است. همچنین حساسیت افت ولتاژهای مختلف پیل سوختی به پارامترهای عملکردی چرخه مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج نشان می­دهد که در تولید برق در مقیاس میکرو صرفه­جویی در مصرف سوخت حدود 45%  قابل دستیابی است. و بازدهی کلی در تولید برق نیز می­تواند به بالای 60%  برسد.

کلیدواژه‌ها


. Larminie, A. Dicks, Fuel Cell Systems Explained, 2nd ed., John Wiley & Sons Ltd, 2003

[2] M. Ebrahimi, A. Keshavarz, Combined Cooling, Heating and Power,Decision-making, Design and Optimization, Elsevier, 2014

[3] EG&G Technical Services, Inc, Fuel Cell Handbook, 7th  Ed., U.S. Department of Energy Office of Fossil Energy National Energy Technology Laboratory, 2004

[4] A. F. Massardo, F. Lubelli, Internal reforming solid oxide fuel cell-gas turbine combined cycles (IRSOFC-GT): part a— cell model and cycle and thermodynamic analysis, Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, JANUARY 2000 Vol. 122 / 27

[5] S. Campanari, Full load and part-load performance prediction for integrated SOFC and microturbine systems, Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, APRIL 2000, Vol. 122 / 239

[6] Y. Haseli, I. Dincer, G.F. Naterer, Thermodynamic analysis of a combined gas turbine power system with a solid oxide fuel cell through exergy, Thermochimica Acta 480 (2008) 1–9

[7] T. Suther, A. S. Fung, M. Koksal and F. Zabihian, Effects of operating and design parameters on the performance of a solid oxide fuel cell–gas turbine system, International Journal of Energy Research. 2011; 35:616–632

[8] B. Tarroja, F. Mueller, J. Maclay, J. Brouwer, Parametric thermodynamic analysis of a solid oxide fuel cell gas turbine system design space, JULY 2010, Vol. 132 / 072301-1

[9] P. Chinda, P. Brault, The hybrid solid oxide fuel cell (SOFC) and gas turbine (GT) systems steady state modeling, international journal of hydrogen energy 37 (2012) 9237-9248

[10] F. Zabihian, A. S. Fung, Thermodynamic sensitivity analysis of hybrid system based on solid oxide fuel cell, Sustainable Energy Technologies and Assessments 6 (2014) 51–59

[11] R.K. Akikur, R. Saidur, H.W. Ping, K.R. Ullah Performance analysis of a co-generation system using solar energy and SOFC technology, Energy Conversion and Management 79 (2014) 415–430

[12] M. Rokni, Thermodynamic and thermoeconomic analysis of a system with biomass gasification, solid oxide fuel cell (SOFC) and Stirling engine, Energy 76 (2014) 19-31

[13] W. Yang, Y. Zhao, V. Liso, N. Brandon, Optimal design and operation of a syngas-fuelled SOFC micro-CHPsystem for residential applications in different climate zones in China, Energy and Buildings 80 (2014) 613–622

[14] T. Elmer, M. Worall, S. Wu, S. B. Riffat, Fuel cell technology for domestic built environment applications: State of-the-art review, Renewable and Sustainable Energy Reviews 42 (2015) 913–931

[15] A. Volkan Akkaya, “Electrochemical Model for Performance Analysis of a Tubular SOFC,” International Journal of Energy Research, 31, (2007) 79-98.

 [16] Kang I, Kang Y, Yoon S, Bae G, Bae J. The operating characteristics of solid fuel cells driven by diesel auto thermal reformate. International journal of hydrogen energy 2008; 33:6298–307