تحلیل انرژی و اکسرژی سیستم ترکیبی توربین گازی مجهز به پیل سوختی اکسید جامد

پورمیرزاآقا, هامون; ابراهیمی, رضا; انصاری, امیر بابک

doi:10.22075/jme.2017.2848

اداره چاپ و انتشارات دانشگاه سمنان

تعداد نشریات	21
تعداد شماره‌ها	579
تعداد مقالات	8,637
تعداد مشاهده مقاله	66,398,298
تعداد دریافت فایل اصل مقاله	6,918,656

	تحلیل انرژی و اکسرژی سیستم ترکیبی توربین گازی مجهز به پیل سوختی اکسید جامد
مدل سازی در مهندسی
مقاله 23، دوره 15، شماره 51، دی 1396، صفحه 319-330 اصل مقاله (825.2 K)
نوع مقاله: پژوهشی
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22075/jme.2017.2848
نویسندگان
هامون پورمیرزاآقا^* ¹؛ رضا ابراهیمی²؛ امیر بابک انصاری³
¹دانشگاه آزاد اسلامی واحد رامسر
²چهار محال و بختیاری دستگرد امامزاده خ آزادی ک سراج
³دانشگاه تهران
تاریخ دریافت: 28 آبان 1392، تاریخ بازنگری: 28 آبان 1394، تاریخ پذیرش: 18 فروردین 1395
چکیده
هدف از ارائه این مقاله، بررسی انرژی و اکسرژی سیستم ترکیبی توربین گاز مجهز به پیل سوختی اکسیدجامد لوله ای با سوخت هیدروژن است. کلیه اجزای سیستم، جداگانه به کمک روابط ترمودینامیکی مدل سازی شده و برای پیل سوختی به کار گرفته شده یک تحلیل الکتروشیمیایی مجزا انجام شده است. آثار پارامترهای مختلف بر راندمان حرارتی و اکسرژی سیستم و میزان نرخ نابودی اکسرژی کل سیستم و تک تک اجزا سیستم، مورد مطالعه قرار گرفته است. برای صحت کار، نتایج حاضر با نتایج مراجع معتبر مقایسه شده و مطابقت خوبی مشاهده شده است. نتایج شبیه سازی نشان داد که با افزایش دمای ورود به توربین، راندمان حرراتی و اکسرژی سیستم ترکیبی کاهش می- ابد، این در حالی است که توان سیستم افزایش می یابد. همچنین، افزایش دمای ورود به توربین باعث افزایش نرخ نابودی اکسرژی؛ و افزایش نسبت فشار، باعث کاهش نرخ نابودی اکسرژی سیستم می شود. نتایج تحقیق نشان داد که 81 % برگشت ناپذیری سیستم ناشی از پیل سوختی و محفظه احتراق ( 41% برگشت ناپذیری سهم پیل سوختی اکسید جامد، و 40% سهم محفظه احتراق) است. همچنین سیستم ترکیبی دارای راندمان4/58 % می باشد، در حالی که سیستم بدون پیل سوختی دارای راندمان 31 % است که نشان از عملکرد فوق العاده سیستم ترکیبی دارد.
کلیدواژه‌ها
توربین گاز؛ پیل سوختی اکسید جامد؛ انرژی؛ اکسرژی؛ راندمان
عنوان مقاله [English]
Energy and exergy analysis of gas turbine cycle combined with a solid oxide fuel cell
نویسندگان [English]
hamoon pourmirzaagha¹؛ reza ebrahimi²؛ amir babak ansari³


³tehran university
چکیده [English]
This paper present a gas turbine cycle combined with a solid oxide fuel cell with hydrogen fuelâs is exergy and energy modeled. In this way all components of the system are separately modeled. Fuel cell model presented, as well as show its behavior in different condition performance. Then, the effects of various parameters on efficiency, exergy was evaluated. And for accuracy, the results were compared with results of references and shows a good match. Increasing the turbine inlet temperature results in decreasing the thermal and exergy efficiency of hybrid system, whereas it improves the net power output. Moreover, an increase in the turbine inlet temperature leads to increases irreversibility and compression ratio leads to decreases irreversibility of the hybrid system. The results in the design point showed that 81% of irreversibility takes place in the fuel cell and combustion chamber(41% in the SOFC and 40% in combustion chamber). Hybrid system efficiency is 58.4%, while the system without SOFC efficiency is 31%, that is a combination of superior performance system.
کلیدواژه‌ها [English]
gas turbine, Solid oxide fuel cell, Energy, Exergy, Efficiency

مراجع
[1] Reijalt M., "Hydrogen and fuel cell education in Europe: from when? And where? To here! And now", Journal of Cleaner Production, vol. 19, 2010. [2] Williams M.C., Fuel Cell Handbook, 7th edition, EG&G Services Parsons, Science Applications International Corporation, Morgantown, 2004. [3] Casas Y., Dewulf J., Arteaga-Perez L., Morales M., Langenhove H.V., Rosa E., "Integration of solid oxide fuel cell in a sugar-ethanol factory: analysis of the efficiency and the environmental profile of the products", Journal of Cleaner Production vol. 19, 2011, pp. 1395-1404. [4] Massardo AF., Lubelli F., "Internal reforming solid oxide fuel cell–gas turbine combined cycles (IRSOFCGT)", Transactions of the ASME. J Eng Gas Turbines Power, 2000, PP. 27–35. [5] Costamagna P., Magistri L., Massardo A.F., "Design and part-load performance of a hybrid system based on a solid oxide fuel cell reactor and a micro gas turbine", Journal Power Sources, 2001, PP. 352–368. [6] Chan S.H., Ho H.K., Tian Y. "Modelling of simple hybrid solid oxide fuel cell and gas turbine power plant", Journal Power Sources, 2001, PP. 111-120. [7] Chan S.H., Ho H.K., Tian Y., "Multi-level modeling of SOFC–gas turbine hybrid system", Int Journal Hydrogen Energy, 2002, PP. 889-900. [8] Yang W.J., Park S.K., Kim T.S., Kim J.H., Sohn J.L., Ro S.T., "Design performance analysis of pressurized solid oxide fuel cell/gas turbine hybrid systems considering temperature constraints", Journal Power Sources, 2006, PP. 462–473. [9] Park S.K., Oh K.S. and Kim T.S., "Analysis of the design of a pressurized SOFC hybrid system using a fixed gas turbine design", Journal Power Sources, 170(1), 2007, PP.130–139. [10] Dincer, I., Rosen, M. A., "Exergy as a driver for achieving sustainability", International Journal of Green Energy, 1, 2004, pp, 1–19. [11] Calise, F., Dentice d’Accadia, M., Palombo, A., Vanoli, L., "Simulation and exergy analysis of a hybrid Solid Oxide Fuel Cell (SOFC)–Gas Turbine System". Energy, 31, 2006, pp. 3278-3299. [12] Calise, F., Palombo, A., Vanoli, L., "Design and partial load exergy analysis of hybrid SOFC–GT power plant", Journal of Power Sources, 158, 2006, pp. 225-244. [13] Granovskii, M., Dincer, I., Rosen, M.A., "Exergy Analysis of gas turbine cycle with steam generation for methane conversion within solid oxide fuel cells", Journal of fuel cell Science & Technology, 5, 2008, p.031005. [14] Motahar, S., and Alemrajabi, A. A, "Exergy based performance analysis of a solid oxide fuel cell and steam injected gas turbine hybrid power system", Int. Journal of Hydrogen energy, 34, 2009, pp.2396-2407. [15] Williams, M., Horita, T., Yamagi, K., Sakai, N., and Yokokawa., "Basic Electrochemical Thermodynamic studies of Fuel Cell and Fuel Cell Hybrids", ASME J. Fuel Cell Sci.Technol., 6, 2009, pp.021303-1-4. [16] Watchter, C., and Joos, F., "Steady state off - Design and Transient behavior of a Solid Oxide Fuel Cell/Gas Turbine Hybrid power plant with additional firing of the gas turbine combustor", ASME J.Eng. Gas Turbines Power, 131, 2009, pp.031701-1-9. [17] Haseli Y., Dincer I., Naterera, GF., "Thermodynamic modeling of a gas turbine cycle combined with a solid oxide fuel cell", International Journal of Hydrogen Energy, 2008, PP. 5811–5822. [18] Haseli Y., Dincer I., Naterera GF., "Thermodynamic analysis of a combined gas turbine power system with a solid oxide fuel cell through exergy", Thermochimica Acta, 480(2), 2008, PP. 1–9. [19] Cohen H., Rogers G.F.C. and Saravabamutto H.I.H. "Gas Turbine Theory", Heritage Publishers,1996. [20] Singhal SC., "Advances in solid oxide fuel cells", Journal of Solid State Ionics, 2000, PP. 188-200. [21] Bejan A., Dincer I., Lorente S., "Miguel, Porous Media in Modern Technologies", Energy, Electronics, Biomedical and Environmental Engineering, Springer-Verlag, New York, 2004. [22] Larminie A., Dicks A., Fuel Cell Systems Explained, 2nd edition, John Wiley & Sons Ltd., West Sussex England, 2003. [23] Akkaya AV., "Electrochemical model for performance analysis of a tubular SOFC", International Journal of Energy Research, Vol. 31, 2007, PP .79-98. [24] Song TW., Sohn JL., Kim TS., "Performance analysis of a tubular solid oxide fuel cell/gasturbine hybrid power system based on a quasi-two dimensional model", Journal of Power Sources, 2005, PP. 30-42. [25] Shapiro H.N., Moran M.J., Fundamental of Engineering Thermodynamics, John Wiley & Sons., Motahar, S., 2006. [26] Tse L., Galinaud F., Martinez-Botas RF., "Integration of solid oxid fuel cell into a gas turbine", ASME turbo expo power for land. Sea and Air, 2007.
آمار تعداد مشاهده مقاله: 1,111 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 367

سامانه مدیریت نشریات علمی. قدرت گرفته از سیناوب

پیوندهای مفید

پیوندهای مفید

آمار

تحلیل انرژی و اکسرژی سیستم ترکیبی توربین گازی مجهز به پیل سوختی اکسید جامد