تحليل عملكرد ترموديناميكي و ترمواكونوميكي يك سيستم توليد همزمان مقياس كوچك با مولد پيل سوختي اكسيد جامد

Thermodynamic and thermoechonomic performance analysis of a small combined heat and power system with solid oxide fuel cell generator

در اين مقاله ابتدا يك سيستم توليد همزمان بر پايه پيل سوختي اكسيد جامد معرفي گرديده و سپس اثرات چند پارامتر تاثيرگذار از قبيل دما، فشار، چگال جريان و همچنين نرخ جريان هوا به سوخت ورودي بر عملكرد سيستم مورد بررسي قرار گرفته­ است. جهت بررسي عملكرد سيستم، ابتدا براي پيل سوختي به­ كار رفته يك مدل الكتروشيميايي و ترموديناميكي دقيقي ارائه شده و سپس نمودار توان توليدي آن در شرايط مختلف كاري به ­دست آورده شده است. به­ دست آوردن توان و راندمانهاي الكتريكي، حرارتي و كلي سيستم در شرايط مختلف كاري پيل، تعيين نسبت هوا به سوخت بهينه در پيل و همچنين مقايسه اقتصادي سيستم پيشنهادي با ساير سيستم­هاي مشابه توليد توان از ديگر نتايج اين تحقيق است. نتايج نهايي نشان مي­دهد كه با استفاده از يك سيستم توليد همزمان بر پايه يك پيل­سوختي اكسيد جامد مي­توان به راندمان كلي حدود 70 الي 75 درصد دست يافت. در مورد كاركرد سيستم پيشنهادي نيز مي­توان اينگونه نتيجه گرفت كه انتخاب شرايط كاركرد سيستم با توجه به توان الكتريكي و حرارتي مورد نياز ساختمان مشخص مي­گردد.

In this article, first, a CHP system based on the solid oxide fuel cell (SOFC) has been introduced and then, the influences of several effective parameters such as temperature, pressure, current density in the cell, and the rate of air-to-fuel ratio in the system on its performance have been investigated. For the purpose of studying the system, electrochemical and thermodynamic models have been presented in the cell and then, power and voltage diagrams under different working conditions, have been obtained. of the significant achievements of this research is the determination of optimum air-to-fuel ratio, and also the optimum fuel utilization coefficient in the proposed CHP system. The final results indicate an overall system efficiency of about 70-75% for the investigated SOFC-CHP system. By studying the operation of this system, it can be concluded that, the selection of system operating conditions is made on the basis of thermal and electrical needs of a building.