تحليل ترمو اقتصادي سيستم جديد توليد سه‌گانه بر پايه پيل سوختي اكسيد جامد و توربين گازي با سوخت هيدروژن

Thermoeconomic analysis of a novel trigeneration system based on solid oxide fuel cell and gas turbine with hydrogen fuel

در اين تحقيق، يك چرخه جديد توليد همزمان توان، سرمايش و گرمايش متشكل از پيل سوختي اكسيد جامد، توربين گاز، مولد بخار بازيافت حرارت، چرخه تبريد جذبي گكس و مبادله‌كن گرماي بازيافت حرارت از ديدگاه ترموديناميكي و اقتصادي مورد مطالعه قرار گرفته است. مدل‌سازي اين چرخه از طريق حل همزمان معادلات الكتروشيميايي و ترموديناميكي اجزاء و روابط اگزرژي – اقتصادي صورت گرفته است. نتايج بدست آمده بيانگر آن است كه اگزرژي كل چرخه تركيبي پيشنهادي 14.9% بيشتر و نرخ بازگشت‌ناپذيري اين چرخه 10.6% كمتر از چرخه تركيبي پيل سوختي- توربين گازي – چرخه گكس، در شرايط مشابه مي‌باشد. همچنين، پيل سوختي و پس‌سوز بدليل بازگشت ناپذيري‌ها، بيشترين نرخ تخريب اگزرژي را در بين اجزاء دارند. با توجه به نتايج اگزرژي اقتصادي، به ازاي شرايط مشخص، مجموع هزينه واحد اگزرژي محصولات، ضريب اگزرژواكونوميكي، نرخ هزينه خريد كل تجهيزات چرخه و نرخ هزينه تخريب اگزرژي كل سيستم به ترتيب 331.1 دلار بر گيگا ژول، 29.3%، 10.47 دلار بر ساعت و 25.32 دلار بر ساعت بدست آمد. مطالعات پارامتري نشان داد كه افزايش چگالي جريان موجب افزايش توان خالص خروجي، ظرفيت گرمايي مولد بخار بازيافت حرارت، برودت توليدي، ظرفيت گرمايي مبادله‌كن بازيافت حرارت و بازگشت‌ناپذيري كل چرخه مي‌گردد. همچنين با افزايش چگالي جريان، بازده اگزرژي و مجموع هزينه واحد اگزرژي محصولات كاهش پيدا مي‌كنند.

In this article, a new power, cooling and heating cogeneration system consisting of a solid oxide fuel cell (SOFC) - gas turbine (GT), a heat recovery steam generator (HRSG), Generator-Absorber-heat eXchange (GAX) absorption refrigeration cycle and a heat exchanger for heat recovery (HR) has been studied from a thermodynamic and economic perspective. The modeling of this cycle was done by solving the electrochemical, thermodynamic and exergoeconomic equations for fuel cell and system components, simultaneously. The results showed that the exergy of our proposed combined cycle is 14.9% more and the irreversibility rate of this cycle is 10.6% less than that of the combined SOFC-GT-GAX systems in the same conditions. Also, the fuel cell and the afterburner have the highest rate of exergy destruction among other components due to irreversibility. Exergoeconomic analysis showed that the sum of uint cost of products (SUCP), the exergoeconomic factor, the capital cost rate and the exergy destruction cost rate for the overall system is equal to 331.1 $/GJ, 29.3%, 10.47 $/h and 25.32 $/h, respectively. Parametric studies showed that increasing the current density will increase the net electrical power, heating capacity of HRSG and HR heat exchanger, cooling capacity and total irreversibility. Also, with increasing of the current density, both the exergy efficiency and SUCP decrease.