مدل سازي و تحليل عملكرد يك سيستم توليد توان تركيبي مجهز به سه مولد انرژي الكتريكي

Modeling and analysis of a combined power generation system performance equipped with three electrical energy generators

هدف از ارائه اين مقاله مدل سازي ترموديناميكي يك سيستم توليد توان سه گانه جهت تامين توان الكتريكي مي باشد. سيستم هيبريدي جديد شامل يك سيكل توربين گاز مجهز به پيل سوختي اكسيد جامد مي باشد كه با يك موتور استرلينگ تركيب شده است. براي تمام اجزاي سيكل مورد نظر يك تحليل ترموديناميكي و براي پيل سوختي به كار رفته در آن يك تحليل الكتروشيميايي و حرارتي مجزا نيز انجام شده است. در ادامه با مطالعه پارامتري سيستم هيبريدي اشاره شده تاثير نسبت فشار كمپرسور، دماي گازهاي ورودي به توربين، نوع سيال مورد استفاده در موتور استرلينگ و تعداد سل هاي به كار رفته در پيل سوختي بر روي بازده و توان توليدي سيستم هيبريدي بررسي شده است. نتايج نشانگر افزايش بازده الكتريكي سيستم هيبريدي جديد با افزايش نسبت فشار كمپرسور و دماي گازهاي ورودي به توربين تا حدود 81 درصد مي باشد. همچنين در صورت استفاده ار هليوم در موتور استرلينگ وزن سيستم كاهش و بازده آن 15 درصد افزايش مي يابد. از طرف ديگر نتايج نشان مي دهد كه افزايش تعداد سل هاي توده پيل سوختي سبب افزايش توان الكتريكي و راندمان كلي سيستم هيبريدي خواهد شد.

The purpose of this paper is thermodynamic modeling of a new hybrid system to provide electrical power. The new hybrid system consists of a solid oxide fuel cell and gas turbine cycle equipped with a Stirling engine. For all components of the cycle، a thermodynamic analysis and for utilized fuel cell، electrochemical and thermal analyses have been done. Then، with the parametric study of hybrid system، the effect of compressor pressure ratio، turbine inlet gas temperature، type of fluid used in the Stirling engine and the number of cells in fuel cell on the efficiency and net power output of the hybrid system is studied. The results show that the electrical efficiency of the new hybrid system will increase by increasing the compressor pressure ratio and turbine inlet gas temperatures up to about 81 percent. Also، in the case of using helium in Stirling engine، its weight will reduce and efficiency will increase about 15 percent. The results also show that increasing the number of cells in fuel cell causes increase in electrical power and overall efficiency of the hybrid system.