تحلیل پارامتریک و بهینه‌سازی سیستم جدید تولید سه‌گانه بر پایه پیل سوختی اکسید جامد لوله‌ای

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه ارومیه

2 ارومیه*مهندسی مکانیک

3 دانشکده فنی گروه مکانیک دانشگاه ارومیه

4 دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه ارومیه عضو هیئت علمی

چکیده

در این تحقیق، مطالعه پارامتریک و بهینه‌سازی سیستم تولید سه‌گانه جدید پیل سوختی اکسید جامد با سوخت هیدروژن، توربین گاز، مولد بخار بازیافت حرارت، چرخه تبرید جذبی گکس و مبدل بازیافت حرارت جهت تولید توان، سرمایش و گرمایش موردبررسی قرارگرفته است. برخلاف بیشتر تحقیقات انجام‌شده که مولد بخار بازیافت حرارت را پایین‌دست چرخه تبرید قرار داده بودند، در این تحقیق به‌منظور مدیریت گرمای هدر رفت، مولد بخار بازیافت حرارت در بالادست چرخه تبرید قرار داده‌شده است. با توجه به اهمیت نقش پیل سوختی در سیستم معرفی‌شده تحلیل الکتروشیمیایی کاملی در پیل انجام‌شده و در تمام شرایط کاری دمای پیل محاسبه می‌شود. در ادامه، بامطالعه پارامتریک سیستم ترکیبی اشاره‌شده، تأثیرات چگالی جریان، ضریب مصرف سوخت، نسبت فشار کمپرسور و ضریب بهره‌برداری هوا بر روی پارامترهای عملکردی سیستم، بررسی‌شده است. پس از بررسی پارامتریک، بهینه‌سازی سیستم به روش الگوریتم ژنتیک به‌منظور تعیین نقاط بهینه عملکردی انجام‌گرفته است. با توجه به نتایج بهینه‌سازی و اگزرژواکونومیکی سیستم بهینه ، کمینه مجموع هزینه واحد اگزرژی محصولات، نرخ هزینه تخریب اگزرژی و ضریب اگزرژواکونومیکی کل سیستم بهینه به ترتیب 2/277 دلار بر گیگا ژول، 8/40 دلار بر ساعت و 8/27 درصد حاصل شدند؛ بنابراین افزایش هزینه سرمایه‌گذاری اولیه اجزا می‌تواند عملکرد اگزرژواکونومیکی سیستم را بهبود بخشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Parametric analysis and optimization of a novel trigeneration system based on tubular solid oxide fuel cell

نویسندگان [English]

  • naghi aghazadeh 1
  • Shahram Khalilarya 2
  • Samad Jafarmadar 3
  • Ata Chitsaz 4
1 urmia university
2 urmia university
3 Urmia university
4 urmia university
چکیده [English]

In this article, a new power, cooling and heating trigeneration system consisting of a hydrogen-fed SOFC (solid oxide fuel cell) - GT (gas turbine ), a HRSG, a GAX absorption refrigeration cycle and a HR has been studied from a parametric and optimization perspective. In contrast with most of the previous investigations, in which the HRSG is located at the downstream of GAX, in the present research, in order to control the wasted heat, HRSG is located at upstream of GAX. The electrochemical analysis is complete for the fuel cell and the cell temperature is computed for all the working conditions of the cell. Then, the parametric study of the hybrid system, the influences of current density, fuel utilization factor, compressor pressure ratio and air utilization factor on the performance of the system are investigated. The optimization of the system is performed in the method of the genetic algorithm to determine the optimal functional points. After optimization and exergoeconomic analysis, minimum SUCP, the exergy destruction cost rate and exergoeconomic factor for the overall system is equal to 277.2 $/GJ, 40.8 $/h and 27.8%, respectively. Therefore, the increase in the components' capital costs can improve the exergoeconomic performance of the system.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Tubular solid oxide fuel cell
  • Trigeneration
  • HRSG
  • Exergoeconomic
  • optimization