تحليل انرژي و اگزرژي يك سيستم توليد هم زمان پيل سوختي اكسيد جامد و توربين گاز براي آب شيرين كن

The Energy and Exergy Analysis of a Solid Oxide Fuel Cell and Gas Turbine for Desalination System

در اين تحقيق يك سيستم هيبريدي پيل سوختي- توربين گاز با هدف كوپل شدن با يك سيستم هاي آب شيرين كن انتخاب، طراحي و شبيه سازي شده است. اين سيستم از منظر قانون اول و دوم ترموديناميك مورد تحليل و بررسي قرار گرفت. همچنين يك تحليل پارامتري به منظور تعيين عملكرد بهينه سيستم صورت گرفته است. پارامترهاي مورد بررسي شامل ضريب مصرف سوخت، نسبت فشار كمپرسور، درصد پيش اصلاح و نسبت بخار به كربن هستند. نتايج نشان مي دهند كه براي پارامترهاي طراحي در نظر گرفته شده توان خالص توليدي 1215kW، راندمان كلي 81/65% و راندمان اگزرژي 60/7% هستند. همچنين با تحليل نرخ تخريب اگزرژي مشخص شد كه توده پيل سوختي، محفظه احتراق و اصلاح كننده مقدماتي سوخت بيشترين سهم را در تخريب اگزرژي بر عهده دارند. نتايج تحليل پارامتري نشان مي دهند كه افزايش فشار، درصد پيش اصلاح و ضريب مصرف سوخت تا حد معيني بر عملكرد سيستم اثر مثبت دارند و محدوده مناسب ضريب مصرف سوخت بين 0/8تا 0/85 است. از سوي ديگر با بررسي اثر فشار و دما روي سيستم مشخص مي شود كه دماي پيل سوختي نمي تواند ثابت باشد. همچنين نتايج نشان مي دهند كه با افزايش نسبت بخار به كربن راندمان سيستم كاهش مي يابد.

In this study, a hybrid system of fuel cell/gas turbine was designed and simulated with the aim of coupling with desalination systems. This system was analyzed from the viewpoints of the first and second law of thermodynamics. A parametric analysis was also performed to the determination of the system optimal performance. The studied parameters are fuel utilization factor, compressor pressure ratio, pre-reforming percentage, and the steam to carbon ratio. The results show that for the design parameters, the net power is 1215kW, the overall efficiency is 81.65% and the exergy efficiency is 60.7%. Also, by analyzing the rate of exergy destruction, it has been determined that the stack of fuel cells, combustion chamber, and pre-reforming have the most part in the destruction of exergy. Parametric analysis results show that increases in pressure, pre-reforming percentage, and fuel utilization factor have a positive effect on the system performance to a certain extent and the suitable ranges of the fuel utilization factor are from 0.8 to 0.85. On the other hand, by analyzing the effect of pressure and temperature on the system, it is determined that the temperature of the fuel cell cannot be constant. It was also shown that the efficiency of the system decreases with increasing steam to carbon ratio.