Other language title :
*, ,
Title of article :
Comparison of Single-stage and Two-stage Tubular SOFC-GT Hybrid Cycles: Energy and Exergy Viewpoints
Author/Authors :
Shokati, N Faculty of Mechanical Engineering - University of Tabriz, Tabriz, Iran , Ranjbar, F Faculty of Mechanical Engineering - University of Tabriz, Tabriz, Iran , Mohammadkhani, F Faculty of Mechanical Engineering - University of Tabriz, Tabriz, Iran
Abstract :
In this work, single-stage and two-stage tubular solid oxide fuel cell /gas turbine (SOFC-TG) hybrid
cycles are comparatively examined from the energy and exergy viewpoints. For this purpose, mass,
energy and exergy balances are applied to all components of the cycles. The behavior of tubular solid
oxide fuel cell modeled in this study is validated with the experimental test data of tubular SOFC
developed by Siemens Westinghouse. The results of simulation show that two-stage SOFC-GT hybrid
cycle not only generate more power, but also it has high efficiency in comparison to single-stage
SOFC-GT. The values of first law efficiency and exergetic performance coefficient (EPC) are
increased from 60.69% and 1.405 in single-stage SOFC-GT to 63.93% and 1.725 in two-stage SOFCGT,
respectively. This means that for equivalent generated power of single and two-stage SOFC-GT
hybrid cycles, the amount of exergy destruction for two-stage SOFC-GT cycle is less than single-stage
SOFC-GT. Also, exergy destruction of all components of the hybrid cycles is calculated separately and
the results are compared. Finally, a parametric study is performed to find out optimal values for solid
oxide fuel cell design parameters. Effects of these parameters are evaluated on efficiency, generated
power and total exergy destruction of the hybrid cycles.
Farsi abstract :
در اين مقاله سيكل هاي تركيبي يك مرحله اي و دومرحله اي پيل سوختي اكسيد جامد لوله اي (SOFC) و توربين گازي از نظر انرژي و اگزرژي مورد بررسي قرار مي گيرند. سوخت مورد استفاده در اين سيكل هاي تركيبي سوخت متان است. قوانين پيوستگي، انرژي و اگزرژي براي كليه ي اجزاي اين دو سيكل تركيبي نوشته شده و اين سيكل هاي تركيبي از نظر ترموديناميكي شبيه سازي شده و با هم مقايسه گرديده است. رفتار پيل سوختي اكسيد جامد لوله اي مدلسازي شده در اين تحقيق، با نتايج تجربي شركت زيمنس- وستينگهاوس مقايسه و اعتبارسنجي شده است. نتايج شبيه سازي سيكل هاي تركيبي مورد بررسي نشان ميدهد كه سيكل تركيبي دو مرحله اي پيل سوختي اكسيد جامد وتوربين گازي علاوه بر توليد توان بيشتر نسبت به سيكل تركيبي يك مرحله اي SOFC-GT داراي راندماني به ميزان 3 درصدبيشتر است يعني بازده قانون اول از 69/60 درصد براي سيكل يك مرحله اي SOFC-GTبه 93/63 درصد در سيكل دو مرحله اي SOFC-GT افزايش پيدا كرده است. همچنين ضريب عملكرد اگزرژي كه نسبت توان توليدي به اتلافات كلي سيكل تركيبي است از مقدار 405/1 براي سيكل يك مرحله اي به مقدار 725/1 براي سيكل دو مرحله اي SOFC-GT افزايش يافته است. به عبارتي ديگر به ازاي توليد توان برابر براي سيكل هاي تركيبي يك و دو مرحله اي، ميزان تخريب اگزرژي يا اتلافات كلي سيكل تركيبي دو مرحله اي SOFC-GT كمتر از سيكل تركيبي يك مرحله اي خواهد بود.علاوه براين اتلافات اگزرژي تك تك اجزاي هر دو سيكل تركيبي بدست آمده و با همديگر مقايسه گرديده است. همچنين براي تحليل بهتر و دقيق تر اين دو سيكل تركيبي و براي يافتن مقادير بهينه براي پارامترهاي طراحي پيل سوختي اكسيد جامد لوله اي، مطالعه پارامتريكي بر روي اين سيكل ها انجام گرفته و تاثير اين پارامترها بر بازده ترموديناميكي، توان توليدي و اتلافات كلي اين سيكل هاي تركيبي مورد تحليل و بررسي قرارگرفته است.
Keywords :
Tubular solid oxide fuel cell , efficiency , gas turbine , exergy destruction , Exergetic Performance Coefficient (EPC) , hybrid cycle , parametric study
Journal title :
Astroparticle Physics
