مدل سازی ترمواکونومیکی و تحلیل پارامتری چرخه هیبریدی پیل سوختی اکسید جامد تحت فشار / توربین گازی

نوع مقاله: کوتاه پژوهشی

نویسندگان

1 تهران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات، دانشکده محیط زیست و انرژی

2 کرج، پژوهشگاه مواد و انرژی، پژوهشکده انرژی

چکیده

در این پژوهش با رویکرد توسعه پایدار، تحلیل ترمواکونومیکی چرخه هیبریدی پیل سوختی اکسید جامد تحت فشار / توربین گازی انجام شده است. در ابتدا با معرفی چرخه پیشنهادی و ارایه متدولوژی مدل‌ سازی، شبیه‌سازی چرخه با توسعه یک مدل ترمودینامیکی و با استفاده از کدنویسی در محیط نرم‌افزار EES صورت گرفته و معادله ‌های موازنه جرمی، انرژی و الکتروشیمی به ‌صورت هم ‌زمان حل شده‌اند. با معرفی شاخص‌های بازده الکتریکی و کل سامانه، تحلیل ترمودینامیکی چرخه انجام شده و در ادامه، با ارایه مدل اقتصادی و بر مبنای محاسبه‌ های دینامیکی، تحلیل‌های اقتصادی بر روی این چرخه انجام شده است. همچنین تحلیلی پارامتری برای بررسی مهمترین پارامترهای تأثیر گذار بر خروجی‌های فنی و اقتصادی سامانه انجام شده است. نتیجه‌ های پژوهش، دستیابی به بازدهی الکتریکی 51/63 % و بازده کل 65/77% % را در در توان الکتریکی خالص خروجی 1962 کیلووات، توان گرمایی 8/436 کیلووات و نسبت گرما به توان 27/22 % نشان می‌دهد. این چرخه با تولید 90/310 گرم بر کیلووات‌ساعت کربن دی اکسید، کاهش 3/30 % را در مقایسه با نیروگاه‌های معمول چرخه ترکیبی گازی نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


 [1] Key World Energy Statistics, http://www.iea.org (2011).

[2] Singhal S.C., Advances in Solid Oxide Fuel Cell Technology, Solid State Ionics, 135, p. 305 (2000). 

[3] Calise F., Accadia M.D., Palomboa A., Vanoli L., Simulation and Exergy Analysis of a Hybrid Solid Oxide Fuel Cell (SOFC)–Gas Turbine System, Energy, 31,p. 3278 (2006).

[4] Chan S.H., Low C.F., Ding O.L., Energy and Exergy Analysis of Simple Solid Oxide Fuel Cell Power Systems, Journal of Power Sources, 103, p. 188 (2002).

[5] Akkaya A.V., Sahin B., Erdem H.H., Exergetic Performance Coefficient Analysis of a Simple Fuel Cell System, International Journal of Hydrogen Energy, 32, p. 4600 (2007).

[6] Haseli Y., Dincer I., Naterer G.F., Thermodynamic Modeling of a Gas Turbine Cycle Combined with a Solid Oxide Fuel Cell, International Journal of Hydrogen Energy, 33, p. 5811 (2008).

[7] Palsson J., Selimovic A., Sjunnesson L., Combined Solid Oxide Fuel Cell and Gas Turbine Systems for Efficient Power and Heat Generation, Journal of Power Sources 86, p. 442 (2000).

[8] کاظم‌پور، پژمان؛ امی، فتح‌ا..؛ مدل­سازی پیل سوختی اکسید جامد صفحه‌ای برای سیستم‌های ترکیبی گرما و الکتریسیته، نشریه علمی - پژوهشی سوخت و احتراق، شماره 1 (1388).

[9] کاظم‌پور، پژمان؛ امی، فتح‌ا..؛ بررسی عملکرد پیل سوختی اکسید جامد صفحه‌ای در ساختار تقویت شده آندی همراه با تبدیل داخلی سوخت، مجله مکانیک هوافضا (انتقال حرارت و پیشرانش)، (2)6 ، ص. 11 (1389).

[10] صنایع، سپهر؛ کاتبی، آرش؛ بهینه‌سازی چند هدفه سیستم هیبرید میکروتوربین و پیل سوختی اکسید جامد با استفاده از الگوریتم ژنتیک، مکانیک سازه‌ها و شاره‌ها، شماره 1 (1390). 

[11] پیرکندی، جاماسب؛ قاسمی، مجید؛ حامدی، محمد حسین؛ تحلیل عملکرد ترمودینامیکی یک چرخه هیبریدی پیل سوختی اکسید جامد و میکروتوربین گازی در یک سیستم تولید همزمان، نشریه علمی - پژوهشی سوخت و احتراق، شماره 2 (1390).

[12] پیرکندی، جاماسب؛ قاسمی، مجید؛ حامدی، محمد حسین؛ مقایسه عملکرد سیستم‌های هیبریدی مستقیم و غیرمستقیم توربین گاز و پیل سوختی اکسید جامد از دیدگاه ترمودینامیکی و اگزرژی، مجله علمی - پژوهشی مهندسی مکانیک مدرس، (3)12، ص. 117 (1391).

[13] Motahar S., Alemrajabi A.A., Exergy Based Performance Analysis of a Solid Oxide Fuel Cell and Steam Injected Gas Turbine Hybrid Power System, International Journal of Hydrogen Energy, p. 1 (2009).

[14] Cheddie D.F., Thermo-Economic Optimization of an Indirectly Coupled Solid Oxide Fuel Cell/Gas Turbine Hybrid Power Plant, International Journal of Hydrogen Energy 36, p. 1702 (2011).

[15] Calise, F., Accadia, M.D., Vanoli, L., Spakovsky, M.R., Single-Level Optimization of a Hybrid SOFC–GT Power Plant, Journal of Power Sources 159 ,p. 1169–1185 (2006).

[16] Akkaya, A.V., Sahin, B., Erdem, H.H., An analysis of SOFC/GT CHP System Based on Exergetic Performance Criteria, International Journal of Hydrogen Energy 33 ,p. 2566 (2008).

[17] White, D. “Reduction in Carbon Dioxide emissions: Estimating the Potential Contribution from Wind Power”, Renewable Energy Foundation, (2004).