تحلیل انرژی، اگزرژی و ترمواکونومیکی سیکل ترکیبی نوین پیل‌سوختی‌اکسیدجامد و ریفرمینگ بخار آب بیوگاز برای تولید همزمان توان و هیدروژن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 محقق اردبیلی-فنی و مهندسی- مهندسی مکانیک

2 دانشگاه محقق اردبیلی

چکیده

در این مقاله، پیکربندی جدیدی از سیستم ترکیبی پیل‌سوختی‌‌اکسیدجامد/ توربین گازی با سیکل ریفرمینگ بیوگاز با اهداف تولید همزمان توان و هیدروژن ارائه شده است. حرارت خروجی از سیستم پایه پیل‌سوختی‌اکسید جامد جهت تأمین انرژی‌ لازم واکنش ریفرمینگ و راه‌اندازی سیکل ریفرمینگ بیوگاز برای تولید هیدروژن مورد استفاده قرار گرفته است. مدل‌سازی جامع ترمودینامیکی و ترمواکونومیکی با استفاده از برنامهEES انجام گرفته است. همچنین مطالعه پارامتریک جهت بررسی تأثیر پارامترهای مختلف بر روی توان خالص خروجی، بازده انرژی و اگزرژی، نرخ تخریب اگزرژی و مجموع هزینه واحد محصول کل سیستم مورد تحلیل قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد که بازده انرژی و اگزرژی سیستم ترکیبی پیشنهادی در مقایسه با سیستم پایه پیل‌سوختی‌اکسیدجامد/ توربین گازی به‌ترتیب به میزان 31/23% و 19/28% افزایش یافته است. توان خالص خروجی و دبی جرمی هیدروژن کل سیستم به‌ترتیب 2726 کیلووات و 07453/0 کیلوگرم در ثانیه به‌دست آمده است. از تحلیل اگزرژی کل سیستم، این نتیجه حاصل شد که جزء پس‌سوز بیش‌ترین سهم را در بین سایر اجزای سیستم در حدود 26% از نرخ تخریب اگزرژی کل به خود اختصاص داده است. با افزایش دمای ورودی پیل سوختی، ولتاژ پیل در دمای 679 کلوین به حداکثر مقدار می‌رسد و سپس کاهش می‌یابد. در نتیجه، بازده انرژی و اگزرژی به بیشترین مقدار رسیده و سپس کاهش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Energy, Exergy and Thermoeconomic Analysis of the Novel Combined Cycle of Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) and Biogas Steam Reforming (BSR) for Cogeneration Power and Hydrogen

نویسندگان [English]

  • Hadi Ghaebi 1
  • Elahe Soleimani 2
  • Saeed Ghavami Gargari 2
  • Shahin Basiri 2
1 محقق اردبیلی-فنی و مهندسی- مهندسی مکانیک
2 University of Mohaghegh Ardabili
چکیده [English]

In this paper, a new configuration of a solid oxide fuel cell / gas turbine (SOFC/GT) combined cycle system with biogas reforming cycle is presented for the purpose of coproduction production of power and hydrogen. The heat output from the base system of the SOFC/GT is used to supply the energy required for the reforming reaction and to drive the biogas reforming cycle for hydrogen production. Comprehensive thermodynamic and thermoeconomic modeling has been performed using EES Software. Also, the parametric study has been analyzed for the effect of different parameters on the net output power, energy and exergy efficiency, exergy destruction rate and the Sum Unit Cost products (SUCP) of the whole system. The results show that the energy efficiency and exergy efficiency of the proposed combined system have increased comparison the SOFC/GT system by 23.31% and 28.19%, respectively. The net output power and hydrogen production rate are obtained 2726 kW and 0.07453 kg/s, respectively. From the exergy viewpoint, the afterburner causes a considerable amount of exergy destruction for the system by approximately 26% of the total exergy destruction rate. By increasing the inlet temperature fuel cell, the cell voltage reaches a maximum value at a temperature of 679 K and then decreases.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cogeneration system
  • Solid oxide fuel cell
  • Steam reforming
  • Energy and Exergy