تحليل انرژي و اگزرژي سيستم توليد سه گانه بر مبناي پيل سوختي اكسيد جامد با سوخت مستقيم آمونياك

Energy and Exergy Analysis of a Tri-Generation System based on Ammonia-Fed Solid Oxide Fuel Cell

ررسي شامل مد ل­سازي ترموديناميكي پيل سوختي به منظور تحليل انرژي و اگزرژي اجزاء و در نهايت محاسبه بازده انرژي و اگزرژي سيستم توليد سه­گانه است. در سيستم پيشنهادي از يك پيل سوختي اكسيد جامد با الكتروليت هيدروژن-پروتوني، به عنوان مولّد اصلي استفاده شده كه بر اساس نتايج گزارش شدۀ پيشين، بيشترين بازده را براي پيل­ هاي سوختي با سوخت آمونياك دارا مي ­باشد. در ادامه، تأثير پارامترهاي مهمي چون چگالي جريان، دما و فشار كاري سيستم و فاكتور بهره ­گيري از سوخت، روي عملكرد سيستم توليد سه­گانه، مورد بررسي قرار گرفته است. بر اساس نتايج بدست آمده، با در نظر گرفتن دما و فشار كاري K 1073 و kPa 505 براي پيل سوختي، فاكتور بهره­ گيري از انرژي و بازده اگزرژي سيستمِ پيشنهادي، اعداد قابل توجه %108/9 و 75% بوده و با جايگزيني سيستم توليد سه­ گانه پيشنهادي به جاي پيل سوختي تنها، فارغ از بارِ سرمايشي و گرمايشيِ توليد شده، توان توليدي به ميزان kW 633، افزايش مي ­يابد.

In this research, a tri-generation system based on ammonia fed solid oxide fuel cell is proposed and investigated. This study involves thermodynamic modeling of the fuel cell to conduct energy and exergy analysis of the system components in order to evaluate the energy and exergy efficiencies of the tri-generation system. In the proposed system, a solid oxide fuel cell with hydrogen-proton conducting electrolyte is used as the prime mover, which has the best performance for ammonia-fed fuel cells based on the reported results in the literature. The effects of important parameters such as current density, operating temperature and pressure are investigated on the performance of the proposed tri-generation system. Based on the results, assuming 1073 K and 505 kPa for the fuel cell working conditions, the energy utilization factor and exergetic efficiency of the proposed system are calculated to be 108.9% and 75%, respectively and overall output power is increased 633 kW by using tri-generation system instead of fuel sell stack only, regardless of the cooling and heating load produced.