تحليل عملكرد يك واحد توليد توان ميكروتوربين گازي مجهز به يك پيل سوختي اكسيدجامد اتمسفريك از ديدگاه ترمواقتصادي

Thermo-economic analysis of the performance of a micro gas turbine power generation unit equipped with aatmospheric solid oxide fuel cell

هدف اين مقاله تحليل عملكرد يك واحد توليد توان متشكل از يك ميكروتوربين گازي و يك پيل سوختي اكسيدجامد با كاركرد در فشار اتمسفريك مي باشد. برخلاف بيشتر تحقيقات انجام شده كه پيل سوختي را در بالادست توربين قرار داده بودند،دراينتحقيقپيل سوختي در پايين دست توربين قرار داده شده است. با توجه به اهميت نقش پيل سوختي در سيستم معرفي شده تحليل هاي شيميايي و حرارتي كاملي در پيل انجام شده و بر خلاف بيشتر تحقيقات قبلي در تمام شرايط كاري دماي پيل محاسبه مي شود. در تحليل هاي اقتصادي انجام شده در اين تحقيق از دو مدل اقتصادي ساده لازارتو و روش نيازمندي درآمدي كل استفاده شده و نتايج اين دو روش با يكديگر مقايسه شده است. بررسي عملكرد سيستم تركيبي نشان مي دهد كه افزايش فشار كاري سيستم و نسبت هوا به سوخت ورودي به آن به دليل كاهش دماي پيل، سبب افت راندمان الكتريكي و همچنين افزايش قيمت برق توليدي در آن مي گردد. نتايج بدست آمده نشان مي دهد كه قيمت برق توليدي بر اساس مدل ساده لازارتو در حدود 2/12 سنت و بر اساس مدل اقتصادي كامل TRRدر حدود 5/19 سنت مي باشد. هزينه خريد و نصب سيستم تركيبي نيز در حدود 1798 دلار بر كيلووات برآورد شده است.

The objective of this paper is to analyze the performance of a power generation unit consisting of a micro gas turbine and a solid oxide fuel cell that operates at atmospheric pressure. Due to the important role of the fuel cell in the introduced system, complete chemical and thermal analyses are performed for the cell.Contrary to the majority of previous investigations, the cell temperature is computed for all the working conditions of cell. In the economic analyses carried out in this research, the simple economic model of Lazaretto and the total revenue requirements (TRR) method have been used and the results of these two methods have been compared. The performance analysis of the hybrid system indicates that the increase of the system working pressure and the inflowing air-to-fuel ratio, because of the cell temperature reduction, causes the electrical efficiency of the system to drop and the price of electricity generation in the system to rise. The obtained results indicate that the price of electricity generated by the unit is about 12.2 cents/kWh, based on the simple Lazaretto model, and about 19.5 cents/kWh, based on the complete economic model of TRR. Also, the procurement and installation cost of the hybrid system has been estimated at about 1798 $/kW of electricity.