تحليل انرژي و اكزرژي سيستم تركيبي توربين گازي مجهز به پيل سوختي اكسيد جامد

Energy and exergy analysis of gas turbine cycle combined with a solid oxide fuel cell

هدف از ارائه اين مقاله، بررسي انرژي و اكسرژي سيستم تركيبي توربين گاز مجهز به پيل سوختي اكسيدجامد لوله اي با سوخت هيدروژن است. كليه اجزاي سيستم، جداگانه به كمك روابط ترموديناميكي مدل سازي شده و براي پيل سوختي به كار گرفته شده يك تحليل الكتروشيميايي مجزا انجام شده است. آثار پارامترهاي مختلف بر راندمان حرارتي و اكسرژي سيستم و ميزان نرخ نابودي اكسرژي كل سيستم و تك تك اجزا سيستم، مورد مطالعه قرار گرفته است. براي صحت كار، نتايج حاضر با نتايج مراجع معتبر مقايسه شده و مطابقت خوبي مشاهده شده است. نتايج شبيه سازي نشان داد كه با افزايش دماي ورود به توربين، راندمان حرراتي و اكسرژي سيستم تركيبي كاهش مي ابد، اين در حالي است كه توان سيستم افزايش مي يابد. همچنين، افزايش دماي ورود به توربين باعث افزايش نرخ نابودي اكسرژي؛ و افزايش نسبت فشار، باعث كاهش نرخ نابودي اكسرژي سيستم مي شود. نتايج تحقيق نشان داد كه 81 % برگشت ناپذيري سيستم ناشي از پيل سوختي و محفظه احتراق ( 41% برگشت ناپذيري سهم پيل سوختي اكسيد جامد، و 40% سهم محفظه احتراق) است. همچنين سيستم تركيبي داراي راندمان58.4 % مي باشد، در حالي كه سيستم بدون پيل سوختي داراي راندمان 31 % است كه نشان از عملكرد فوق العاده سيستم تركيبي دارد.

This paper present a gas turbine cycle combined with a solid oxide fuel cell with hydrogen fuel’s is exergy and energy modeled. In this way all components of the system are separately modeled. Fuel cell model presented, as well as show its behavior in different condition performance. Then, the effects of various parameters on efficiency, exergy was evaluated. an‎d for accuracy, the results were compared with results of references and shows a good match. Increasing the turbine inlet temperature results in decreasing the thermal and exergy efficiency of hybrid system, whereas it improves the net power output. Moreover, an increase in the turbine inlet temperature leads to increases irreversibility and compression ratio leads to decreases irreversibility of the hybrid system. The results in the design point showed that 81% of irreversibility takes place in the fuel cell and combustion chamber(41% in the SOFC and 40% in combustion chamber). Hybrid system efficiency is 58.4%, while the system without SOFC efficiency is 31%, that is a combination of superior performance system.