شبيه سازي و آناليز ترموديناميكي سيكل تركيبي توربين گازي مجهز به پيل سوختي اكسيد جامد لوله اي و بررسي ميزان برگشت ناپذيري سيستم تركيبي

Simulation and Thermodynamic Analysis of a Combined Gas Turbine Power with a Solid Oxide Fuel cell and Analysis Irreversibility Hybrid Systems

در اين مقاله، به بررسي عملكرد ترموديناميكي سيستم تركيبي توربين‌ گاز مجهز به پيل سوختي اكسيد جامد لوله‌اي با سوخت هيدروژن پرداخته شده است. كليه اجزاي سيستم، جداگانه به كمك روابط ترموديناميكي مدل‌سازي شده است. آثار پارامترهاي مختلف بر راندمان سيكل و آنتروپي توليدي سيستم تركيبي، مورد مطالعه قرار گرفته است. براي صحت كار، نتايج حاضر با نتايج مراجع معتبر مقايسه شده و مطابقت خوبي مشاهده شده است. نتايج شبيه‌سازي نشان داد كه با افزايش دماي ورود به توربين، راندمان سيستم تركيبي كاهش مي‌يابد، اين در حالي است كه توان سيستم افزايش مي‌يابد. همچنين، افزايش دماي ورود به توربين و افزايش نسبت فشار، باعث افزايش آنتروپي توليدي و در نتيجه افزايش برگشت‌ناپذيري سيستم مي‌شود. نتايج تحقيق در نقطه طراحي نشان داد كه60 % برگشت‌ناپذيري سيستم ناشي از محفظه احتراق و پيل سوختي (32% ميزان آنتروپي توليدي، سهم محفظه احتراق و 28% سهم پيل سوختي اكسيد جامد) و 17% نيز سهم مبدل حرارتي است. همچنين سيستم تركيبي داراي راندمان9/56 % مي باشد، در حالي كه سيستم بدون پيل سوختي داراي راندمان4/31 % است كه نشان از عملكرد فوق العاده سيستم تركيبي دارد.

This paper presents a gas turbine cycle combined with a solid oxide fuel cell with hydrogen fuels is thermodynamically modeled. In this way all components of the system are separately modeled. Fuel cell model presented, as well as show its behavior in different condition performance. Then, the effects of various parameters on efficiency, power and entropy generation was evaluated and for accuracy, the results were compared with results of references and show a good match. Increasing the turbine inlet temperature results in decreasing the thermal efficiency of hybrid system, however it improves the net power output. Moreover, an increase in either the turbine inlet temperature and compression ratio leads to higher rate of entropy generation and increases irreversibility of the hybrid system. The results in the design point showed that 32% of entropy generation takes place in the combustion chamber, 28% in the SOFC and 17% in recuperate. About 60% of the irreversibility takes place in the SOFC and combustion chamber. Hybrid system efficiency is 56.9%, while the system without SOFC efficiency is 31.4%, which is a combination of superior performance system. Keywords: Solid oxide fuel cell, Gas turbine, Entropy generation