مدل سازي و بررسي پارامتريك سيستم تركيبي پيل سوختي اكسيد جامد و ميكروتوربين گازي

Modeling and parametric study of Solid oxide fuel cell-Micro gas turbine hybrid system

براي بهبود عملكرد و افزايش بازده ميكروتوربين هاي گازي مي توان آنها را با پيل سوختي اكسيد جامد (SOFC) كه دماي عملكردي بالايي دارد، تركيب نمود. در اين مقاله، مدل يك سيستم تركيبي ميكروتوربين گازي و پيل سوختي اكسيد جامد ارايه شده است. ظرفيت پيل سوختي نقش موثري در راندمان كلي سيستم تركيبي دارد. به همين دليل اثر تعداد سلول هاي پيل سوختي اكسيد جامد در نظر گرفته شده (ظرفيت پيل سوختي)، بر عملكرد سيستم تركيبي مورد بررسي قرار گرفته است. همچنين اين مقاله اثر ساير پارامترهاي مهم و كليدي را در سيستم توليد توان تركيبي پيل سوختي اكسيد جامد و ميكروتوربين گازي مورد ارزيابي قرار مي دهد. بررسي و ارزيابي اثر پارامترهاي كليدي اين سيستم، در حضور قيد محدود كننده دماي گازهاي ورودي به ميكروتوربين، انجام مي-شود. نتايج نشان مي دهد كه با افزايش ظرفيت پيل سوختي در سيستم تركيبي، راندمان كل اين سيستم در ابتدا افزايش مي يابد. اما با افزايش بيشتر ظرفيت پيل سوختي، آهنگ افزايش بازده كل سيستم كمتر خواهد بود. همچنين با افزايش ظرفيت پيل سوختي، دماي گازهاي خروجي از پيل افزايش يافته و در نهايت موجب افزايش دماي گازهاي ورودي يه ميكروتوربين ((TIT مي شود. در انتها تاثير استفاده از گازهاي خروجي از ميكروتوربين براي پيش گرمايش سوخت و هواي ورودي به پيل سوختي، مورد بررسي قرارگرفته است. نتايج نشان مي دهند كه اعمال مديريت حرارت بر سيستم و بازيافت حرارت مي تواند بازده كلي سيستم تركيبي را تا 17.8% افزايش دهد. به اين ترتيب نتايج اين پژوهش مي تواند اطلاعات ارزشمندي را براي مطالعه اين سيستم تركيبي پيل سوختي اكسيد جامد- ميكروتوربين گازي، فراهم آورد.

In order to improve the performance and increase of Micro Gas Turbine (MGT) efficiency, it can be combined with Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) which is has high operating temperature. In this paper, the model of solid oxide fuel cell -micro gas turbine hybrid power system is presented. SOFC capacity has significant influence on the electrical efficiency of hybrid power system. Therefore, the effect of SOFC cell number (capacity) on the hybrid system performance is investigated. Also, this paper studies the effect of other key parameters in SOFC-MGT hybrid system. The investigation rules of main parameters of SOFC-MGT hybrid system with considering the turbine inlet temperature (TIT) of MGT as a constraint condition, are presented. The results show firstly, with increase of SOFC capacity, hybrid system efficiency increases. While, by the more increase of SOFC capacity, the efficiency increase rate is decreasing. Also, by increase of SOFC capacity, temperature of exhaust gases from SOFC increases that cause to increase of turbine inlet temperature (TIT). At the end, the effect of using exhausts gases from MGT for preheating entrance fuel and air to SOFC is surveyed. Results show the application of system heat management and heat recovery can increase the electrical hybrid system efficiency to 17.8%. The achievements earned from this paper can supply the valuable information for further study on SOFC-MGT hybrid system.