تحليل اگزرژي، اقتصادي و زيست محيطي سيستم توليد سه گانه بر پايه پيل سوختي اكسيد جامد به همراه گاز سازي

Exergy, Eonomic, and Environmental Analysis of a Trigeneration System Based on a Solid oxide Fuel Cell and Gasifier

در اين مقاله يك سيستم تركيبي به منظور توليد توان، گرما و سرما با استفاده از سوخت زيست توده، بر پايه ي پيل سوختي اكسيد جامد پيشنهاد شده و تحليل كامل ترموديناميكي و اگزرژي و نيز بررسي اثرات زيست ­محيطي انجام گرفته است. با استفاده از نرم افزار EES(حل گر معادلات مهندسي) سيستم تركيبي جهت تعيين بازگشت ناپذيري ها در اجزا مختلف، به منظور تعيين نقاط ضعف سيستم، تحليل اگزرژي مي‌شود. همچنين معادلات موازنه اقتصادي به منظور يافتن هزينه محصول نوشته مي ­شود. در اين راستا به اثرات زيست محيطي سيستم توجه شده و اين پارامتر براي سه حالت متفاوت بر اساس چرخه‌هاي سازنده‌ي سيستم تركيبي محاسبه مي‌شود. براي درك بهتر كاركرد سيستم تاثير تغيير متغير‌هاي طراحي تاثير گذار سيستم بر روي توان توليدي و بازده قانون دوم ترموديناميك بررسي مي‌شود. نتايج نشان مي­ دهد كه افزايش اختلاف دماي سلول پيل سوختي به ميزان 75 درجه سلسيوس باعث 99/8 % افزايش بازده اگزرژي و 47/17% افزايش بازده انرژي مي‌شود. همچنين توليد توان سيستم نسبت به چگالي جريان و فاكتور مصرف سوخت داراي مقادير بهينه مي­ باشد. نتايج همچنين حاكي از اين است كه سيستم تركيبي نسبت به سيستم توليد توان تنها داراي 04/12% بازده قانون دوم بيشتر و 34/62 % توليد كربن دي ‌اكسيد كمتر مي‌باشد. نتايج معرف اين مهم نيز هست كه هزينه واحد محصول توان 76/15 دلار بر گيگاژول مي­ باشد.

A new combined system based on a biomass gasifier, SOFC and single effect Li-Br refrigeration cycle for generation of power, heating and cooling is proposed and assessed thermodynamically. With the aid of the Engineering Equation Solver software (EES) Exergy analysis is conducted to determine the irreversibilities in system components. In addition, an environmental impact assessment is performed for each of the three cases in combined system based on each cycle of the proposed system. Also an economic analysis to find unit product cost is carried out. To understand the system performance more comprehensively, a parametric study is performed to investigate the effect of several important design parameters on the net power output as well as exergy efficiency of the system. The results demonstrate that an increase of 75oC in stack temperature difference results in 8.99% and 17.47% increases for the exergy and energy efficiencies, respectively. Also net power output is maximized at certain values of current density and fuel utilization factor. In addition, compared to the SOFC system (power generation system alone), the exergy efficiency of the combined system is 12.04% higher and the CO2 emission of the combined system is 62.34% lower. Results demonstrate that power unit product cost becomes 15.76 $/GJ.