تحليل انرژي و اگزرژي يك سيستم توليد همزمان كوچك بر پايه پيل سوختي پليمري براي سرمايش جذبي

Energy and Exergy Analysis of a Micro CCHP System Based on Fuel Cell for Absorption Refrigeration

در اين مقاله يك سيستم توليد همزمان براي استفاده از گرماي اتلافي پيل سوختي پليمري ارايه شده است كه مي‌تواند در كاربردهاي ساختماني مفيد باشد. اجزاي اصلي اين سيستم شامل يك توده پيل سوختي پليمري، مبدل سوخت، چيلر جذبي و تانك ذخيره حرارتي است. معادلات الكتروشيميايي پيل سوختي در متلب و معادلات چيلر جذبي،مبدل سوخت متان به هيدروژن و تانك ذخيره حرارتي در نرم‌افزار اييزحل شده است.سيستم ارايه‌شده از ديدگاه‌هاي انرژي، اگزرژي و زيست‌محيطي مورد تحليل قرار گرفته و تاثيردماي كاري پيل سوختي بر راندمان‌هاي انرژي و اگزرژي، درصد كاهش مصرف سوخت و درصد كاهش آلايندگي مورد مطالعه قرا گرفته است. نتايج ناشي از از مدل‌سازي انجام‌ شده نشان‌دهنده اين مطلب است كه قدرت تبريد سيكل جذبي24/12كيلووات، قدرت الكتريكي خروجي از پيل سوختي 63/38 كيلووات، توان حرارتي پيل 12/39 كيلووات و ميزان بازگشت‌ناپذيري توليدي در پيل 21/84 كيلووات است. در نهايت وقتي سيستم به ترتيب در حالت توليد برق به‌تنهايي، برق و حرارت و نيز برق و حرارت و سرما باشد، داراي راندمان‌هاي6/32%، 5/65%و 8/75%خواهد بود. همچنين با افزايش چگالي جريان كاري پيل سوختي راندمان اگزرژي سيكل كاهش ولي ضريب عملكرد چيلر جذبي افزايش مي‌يابد.

In this article a CCHP system has been proposed for recovering waste heat of PEM fuel cell and this system can be used for residential applications. Main components of the system are PEM fuel cell, absorption chiller, fuel processor and heat storage tank. Electrochemical equations of PEM have been modeled by MATLAB and the chiller, fuel processor and boiler have been modeled by EES. In addition, the energy and exergy performances and emission reduction of the proposed system have been analyzed; also effect of operating temperature on performance and irreversibility of the system have been studied. Performance of the system has been compared when the system works as a power system or a CHP and a CCHP system. Results demonstrate that the refrigeration capacity of absorption chiller is 12.24 kW, output power of fuel cell 38.63 kW, heat generation of PEM fuel cell 39.12 kW and irreversibility losses of PEM-FC is 84.21 kW. Finally when the system works as power system its efficiency is 32.6%, and in CHP and CCHP modes the efficiencies are 66.1% and 75.8 % respectively. Also by increasing operation current density of fuel cell, exergy efficiency of CCHP system decreases but COP of absorption chiller increases.