تحليل عملكرد ترموديناميكي يك چرخه هيبريدي پيل سوختي اكسيد جامد و ميكروتوربين گازي در يك سيستم توليد همزمان

Thermodynamic Performance Analysis of a Solid Oxide Fuel Cell and Micro Gas Turbine Hybrid Cycle in a CHP System

هدف از ارايه اين مقاله تحليل عملكرد ترموديناميكي يك سيستم هيبريدي جهت تامين هم زمان انرژي الكتريكي و حرارتي است. در اين مقاله، ابتدا يك سيستم هيبريدي پيل سوختي اكسيد جامد و ميكروتوربين گازي همراه با تجهيزات جانبي آن در نظر گرفته شده و سپس براي تمام اجزاي چرخه مورد نظر يك تحليل ترموديناميكي و براي پيل سوختي به كار رفته در آن يك تحليل الكتروشيميايي مجزا انجام شده است. در ادامه، با مطالعه پارامتري سيستم هيبريدي اشاره شده، تاثير دما و فشار كاري پيل و همچنين نسبت نرخ جريان هوا به سوخت ورودي به سيستم بر روي بازده، توان و آنتروپي توليدي در سيستم هيبريدي بررسي شده و در نهايت يك حالت كاركرد بهينه براي آن ارايه شده است. نتايج نشانگر افزايش بازده سيستم هيبريدي در اثر افزايش دما و فشار كاري پيل (تا حدود 80 درصد) است. تعيين نسبت هوا به سوخت بهينه سيستم و همچنين محاسبات كامل روابط مربوط به پيل سوختي در سه بخش مجزا (بهسازي، الكتروشيميايي، حرارتي) از ديگر موارد انجام شده در اين تحقيق است.

The purpose of this article is thermodynamic analysis of a hybrid system to provide simultaneous electrical and thermal energy. In this paper, a hybrid system of solid oxide fuel cell and micro gas turbine is investigated with all accessories and then, thermodynamic analysis for all components of the cycle is done. Also, an electrochemical analysis is separately performed for the fuel cell. Then, with parametric study for the mentioned hybrid system, the effect of cell temperature, working pressure and air to fuel flow ratio on efficiency, power, and entropy generation in the hybrid system are studied. Finally, a case for optimum performance is presented. The results indicate increased efficiency of hybrid system with increasing cell temperature and working pressure (up to 80 percent). Determining the optimum air to fuel flow ratio and the full calculations of fuel cell at three separate parts (reforming, electrochemical, thermal) are the other items presented in this study.