تحليل انرژي، اگزرژي و بهينه سازي يك سيستم توليد همزمان بر پايه پيل سوختي اكسيد جامد صفحه اي جهت كاربرد مسكوني

Energy and Exergy Analysis and Optimization of a Cogeneration System based on Solid Oxide Fuel Cell for Residential Applications

پيش بيني مي شود كه سيستم هاي توليد همزمان بدليل داشتن راندمان كلي بالاتر، در آينده نزديك جايگزين سيستم هاي مرسوم توليد حرارت و توان در بخش مسكوني شوند. در ميان سيستم هاي توليد همزمان مختلف، سيستم هاي مبتني بر پيل سوختي به دلايلي چون راندمان بالا، چگالي قدرت بالا، آلايندگي و سرو صداي كم، گزينه مناسبي جهت توليد همزمان مي باشند. در اين مقاله اولا اجزا يك سيستم توليد همزمان بر پايه پيل سوختي اكسيد جامد معرفي و ثانيا سيستم از نقطه نظر انرژي و اگزرژي مدل سازي شده است. سپس با استفاده از الگوريتم هاي بهينه سازي و انتخاب سه تابع هدف توليد توان الكتريكي، توليد حرارت و حداقل كردن اتلاف اگزرژي بهينه سازي شده است. نتايج شامل محاسبه پارامترهاي كاري سيستم با اين سه رويكرود است كه نشان مي دهند كه بيشترين تغييرات اگزرژي در كانال سوخت توده پيل سوختي و بيشترين ميزان برگشت ناپذيري به ترتيب مربوط به بازياب (38%)، كوره كاتاليستي (37%) و پيل سوختي (16%) هستند. در ميان مصرف كننده هاي توان در سيستم، كمپرسور هوا با مصرف (14%) توان توليدي پيل سوختي، مصرف كننده عمده توان محسوب مي-شود. نتايج بهينه سازي نيز نشان مي دهند كه براي حداقل كردن اتلاف اگزرژي، رويكرد توليد توان رويكرد مناسب تري است. بنابراين فرض استفاده از يك سيستم توليد همزمان در مقايسه با يك سيستم منفرد توليد برق و يا حرارت كاملا اثبات مي گردد.

It is expected that the ordinary heat and power production systems in residential sections are substituted by the co-generation systems in a near future due to their higher overall efficiency. Between different co-generation systems, fuel cell-based systems are a suitable choice due to their high efficiency, high power density, and low emission and noise. In this work, a co-generation system based on solid oxide fuel cell is examined on an exergy basis. Then using the optimization algorithms and the choice of three goal functions, the electric power generation, heat production, and waste minimization exergyare optimized. The results includecalculating the working parameters of the system with three goal functions, showing that most change of exergy flow is in fuel channel of fuel cell stack, and most irreversibilities are due to recovery (38%), catalyst burner (37%), and fuel cell (16%). Among the internal components, air compressor is the biggest power consumer, with 14% produced power. The optimization results also show that the minimum exergy destruction is in the electricity production approach, and thus using a CHP system is more preferable than a single system for power or heat production.