تحليل ترموديناميكي چرخه تركيبي جديد توليد سه گانه سرمايش، گرمايش و توان بر پايه پيل سوختي اكسيدجامد

Thermodynamic analysis of a new combined cycle of triple generation of cooling, heating and power based on a solid oxide fuel cell

بحران كمبود انرژي يكي از بزرگترين چالش‌هاي جوامع بشري است و يافتن راهي براي استفاده بهينه از منابع انرژي واحد و توليد همزمان، مي‌تواند نقش اساسي در حفظ منابع انرژي و توسعه پايدار جوامع بشري ايفا كند. در اين مطالعه امكان استفاده از سيكل تركيبي سه‌گانه جديد براي توليد همزمان سرمايش، گرمايش و توان مورد بررسي قرار مي‌گيرد. سيكل پيشنهادي، تركيبي از سيستم پيل سوختي اكسيد جامد-توربين گازي به عنوان سيكل مولد توان، مبدل حرارتي بازيابي به عنوان سيكل گرمايش و سيستم تبريد اجكتوري به عنوان سيكل توليد برودت است. مدلسازي از سيستم پيشنهادي در محيط نرم افزار اي‌ اي‌اس صورت مي‌گيرد و نتايج با داده هاي تجربي و نظري موجود قابل تاييد است. نتايج بدست آمده از تحليل ترموديناميكي اين سيكل بيانگر اين است كه سيستم پيشنهادي مي‌تواند ظرفيت گرمايي، ظرفيت برودتي و توان خالص خروجي 277 كيلووات، 84.42 كيلووات، 313.6 كيلووات را توليد كند و همچنين بازده انرژي سيكل توليد سه‌گانه نيز 90.72٪ محاسبه شده است. علاوه بر اين، يك مطالعه جامع پارامتري از سيستم پيشنهادي صورت پذيرفت كه نشان داد عملكرد سيكل تركيبي سه گانه را مي‌توان نسبت به دماي ورودي پيل سوختي اكسيد جامد حداكثر كرد.

The energy shortage crisis is one of the greatest challenges facing human societies, and finding a way to make optimal use of unique energy sources and synchronous production can play a vital role in maintaining energy resources and sustainable development of human societies. Thermodynamic modeling and parametric study of a novel trigeneration system, which is comprised of a hybrid solid oxide fuel cell/gas turbine system, a heat recovery heat exchanger, an ERC (ejector refrigeration cycle), is conducted. The proposed trigeneration system produces cooling output, heating output and power output, simultaneously. The electrochemical equations for the fuel cell and thermodynamic relations for the system components are solved simultaneously with EES (Engineering Equation Solver). An exhaustive analytical evaluation of the introduced system is presented and results are verified by available experimental and theoretical data. Results showed that the introduced system can produce heating load, cooling load and net electricity of 277 kW, 84.42 kW and 313.6 kW respectively. At this condition, the overall energetic efficiency of the integrated system was calculated around 90.72%. In addition, an exhaustive parametric evaluation for the introduced system is carried out based on the key important criteria. Moreover, the results indicated that the introduced system’s performance may be maximized regarding the SOFC inlet temperature into account.