تحليل عملكرد يك سيستم توليد همزمان برق، حرارت و سرما برپايهي پيل سوختي پليمري تحت شرايط كاري مختلف

Performance analysis of a combined cooling, heating and power system driven by PEM fuel cell at different conditions

در اين مقاله يك سيستم توليد همزمان برق، حرارت و سرما براي استفاده از گرماي اتلافي پيل سوختي پليمري پيشنهاد شده است، سيستم حاضر ميتواند داراي كاربردهاي ساختماني باشد. اين سيستم شامل پيل سوختي پليمري؛ تانك ذخيره حرارتي؛ چيلر جذبي؛ تانك هيدروژن؛ كمپرسور هوا و پمپ ميباشد. حرارت توليدي در پيل سوختي توسط يك سيال عامل جذب شده است و قسمتي از اين حرارت به ژنراتور چيلر جذبي براي تامين سرمايش و قسمت ديگر آن به تانك ذخيره حرارتي براي تامين گرمايش ساختمان داده شده است. مدلسازي اين سيستم از چهار ديدگاه انرژي؛ اگزرژي؛ صرفهجويي سوخت و آلايندگي انجام شده است. پيل سوختي اين سيستم توليد همزمان داراي توان الكتريكي 38.63 كيلووات و توان حرارتي 39.17 كيلووات است. راندمان پيل سوختي به تنهايي 37.21% محاسبه شده است، در حالي كه وقتي از تانك ذخيره حرارتي و چيلر جذبي براي بهره بردن از حرارت اتلافي پيل استفاده شود، راندمان انرژي به 68% ميرسد. بيشترين بازگشت ناپذيري در پيل سوختي پليمري رخ ميدهد و بازگشت ناپذيري پيل 47.21 كيلووات است و بازگشت ناپذيري توليدي در چيلر جذبي نيز 5.94 كيلووات محاسبه شده است. از لحاظ درصد كاهش مصرف سوخت و آلايندگي در مقايسه با سيتمهاي سنتي تامين انرژي ساختمانها به ترتيب درصد كاهش مصرف سوخت 34% و درصد كاهش آلايندگي 25% بدست آمده است. همچنين محاسبات نشان داد كه با افزايش فشار كاري پيل سوختي راندمانهاي انرژي و اگزرژي افزايش يافته است.

In this paper, a combined cooling, heating and power system for using heat losses in PEM fuel cell has been proposed that can be used for residential application. This system consists of PEM fuel cell, heat storage tank, absorption chiller, hydrogen tank, air compressor and pump. Heat generated in fuel cell has been absorbed by a working fluid and a part of heat has been given to absorption chiller and another part to heat storage tank. Modeling of this system has been done from four energy, exergy, FESR and CDER perspective. Fuel cell of this CCHP system generates 38.63 kW electrical power and 39.17 kW heat power. Energy efficiency of fuel cell singly is 37.21% but when heat storage tank and absorption chiller have been used for recovering waste heat, energy efficiency reaches to 68%. Maximum irreversibility loss occurs in fuel cell which is calculated 47.21 kW and absorption chiller irreversibility has been calculated 5.94 kW. From the viewpoint of FESR and CDER in comparison with conventional systems, FESR and CDER are 34% and 25% respectively. Also, analysis has shown that with increasing fuel cell operating pressure energy and exergy efficiency increased.