تحلیل ترمودینامیکی چرخه ترکیبی تولید همزمان توان - برودت با استفاده از پیل سوختی اکسید جامد

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

چکیده

در این مقاله امکان استفاده از چرخه ترکیبی جدیدی برای تولید همزمان توان الکتریکی و سرمایش مورد بررسی قرار می‌گیرد. چرخه پیشنهادی، ترکیبی از سیستم پیل سوختی اکسید جامد - توربین گازی به عنوان چرخه مولد توان و چرخه تبرید جذبی گکس به عنوان چرخه تولید برودت است. مدل‌سازی این چرخه از طریق حل همزمان معادلات بقای جرم و انرژی اجزای چرخه و محاسبه ولتاژ و توان الکتریکی تولیدی پیل سوختی در محیط نرم افزار ای‌ای‌اس صورت می‌گیرد. نتایج به دست آمده از تحلیل ترمودینامیکی این چرخه بیانگر آن است که بازده انرژی چرخه ترکیبی پیشنهادی 72/78% بیشتر از چرخه پیل سوختی - توربین گازی در شرایط مشابه است. هم چنین افزایش چگالی جریان موجب افزایش همزمان توان الکتریکی خالص و برودت تولیدی و نیز دبی سوخت ورودی می‌گردد، به طوری که بازده انرژی افزایش می‌یابد. در حالی که افزایش دمای عملکردی پیل سوختی باعث می‌شود که بازده انرژی ابتدا کاهش و سپس افزایش یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

A new electrical power and cooling cogeneration cycle based on a solid oxide fuel cell

نویسندگان [English]

  • L. Khani
  • S. M. S. Mahmoudi
Department of Mechanical Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran
چکیده [English]

A new solid oxide fuel cell based electrical power and cooling cogeneration cycle is proposed and analyzed. The proposed system is the combination of a solid oxide fuel cell (SOFC)-gas turbine for electrical power production and a generator-absorber-heat exchange (GAX) absorption refrigeration cycle for producing cooling. The system is modeled by means of solving mass and energy balance equations for each system component and electrochemical equations for the SOFC, using the engineering equations solver (EES) software. The obtained results show that the thermal efficiency of the combined system is 78.72% higher than that of the stand-alone SOFC-gas turbine system. It is also concluded that an increase in the current density leads to an increase in the net electrical output power, produced cooling and inlet fuel flow rate so that the thermal efficiency increases. However, an increase in the fuel cell operating temperature causes the thermal efficiency first to decrease and then increase.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Solid oxide fuel cell
  • Absorption refrigeration cycle
  • Combined cooling and power production

مراجع

[1] Larminie J. and A. Dicks, "Fuel cell system explaining",New York, John Wiley & Sons Inc., 2004.
[2] Akkaya; B. Shahin and H. H. Erdem; "Exergetic performance coefficient analysis of a simple fuel cell system", International Journal of Hydrogen Energy, 32(2007): 4600-4609.
[3] EG&G Technical Services Inc., "Fuel Cell Handbook",U.S. Department of Energy Office of Fossil Energy, National Energy Technology Laboratory, 2004.
[4] Haseli Y.; I. Dincer and 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.
[5] Calise F.; M. Dentice d’Accadia, A. Palombo and L.Vanoli; "Simulation and exergy analysis of a hybrid Solid Oxide Fuel Cell (SOFC)-Gas Turbine System", Journal of Energy, 31 (2006): 3278-3299.
[6] Tippawan P.; A. Arpornwichanop and I. Dincer, "Energy and exergy analyses of an ethanol-fueled solid oxide fuel cell for a trigeneration system", Energy, 87 (2015): 228-239.
[7] Rokni M., "Thermodynamic and thermoeconomic analysis of a system with biomass gasification, solid oxide fuel cell (SOFC) and Stirling engine", Energy, 76(2014): 19-31.
[8] Al-Sulaiman F.A., F. Hamdullahpur and I. Dincer,"Performance comparison of three trigeneration systems using organic rankine cycles", Energy, 36(9) (2011):5741-54.
[9] Ranjbar F.; A. Chitsaz, S.M.S. Mahmoudi; Sh. Khalilarya and A. Rosen Marc, "Energy and exergy assessments of a novel trigeneration system based on a solid oxide fuel cell", Energy Conversion and Management, 87 (2014): 318–327.
[10] Chitsaz A., S.M.S. Mahmoudi and A. Rosen Marc,"Greenhouse gas emission and exergy analyses of an integrated trigeneration system driven by a solid oxide fuel cell", Applied Thermal Engineering, 86 (2015): 81-90.
[11] Chitsaz A., A.S. Mehr and S.M.S. Mahmoudi, "Exergoeconomic analysis of a trigeneration system driven by a solid oxide fuel cell", Energy Conversion and Management, 106 (2015): 921–931.
[12] Sadeghi M.; A. Chitsaz; S.M.S. Mahmoudi and A.Rosen Marc, "Thermoeconomic optimization using an evolutionary algorithm of a trigeneration system driven by a solid oxide fuel cell", Energy, 89 (2015): 191-204.
[13] Ramesh Kumar A. and M. Udaya Kumar, "Studies of compressor pressure ratio effect on GAX absorption compression cooler", Applied Energy, 85.12 (2008):1163-1172.
[14] Bessette II N. F.; W. J. Wepfer and J. Winnick, "A mathematical model of a solid oxide fuel cell", Journal of Electrochemical Society, 142 (1995): 3792-3800.
[15] Chan S. H.; K. A. Khor and Z. T. Xia, "A complete polarization model of a solid oxide fuel cell and its sensitivity to the change of cell component thickness",Journal of Power Sources, 93 (2001): 130-140.
[16] Chan S. H.; H. K. Ho and Y. Tian, "Multi level modeling of SOFC-gas turbine hybrid system", International Journal of Hydrogen Energy, 28 (2003): 889-900.
[17] Singhal S. C., "Advances in solid oxide fuel cell",Journal of Solid State Ion, 135 (2000): 305-313.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 49، شماره 1
اردیبهشت 1396
صفحه 231-237

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار