تحلیل عملکرد یک واحد تولید توان میکروتوربین گازی مجهز به یک پیل سوختی اکسیدجامد اتمسفریک از دیدگاه ترمواقتصادی

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 عضو هیات علمی/دانشگاه صنعتی مالک اشتر

2 دانشگاه صنعتی مالک اشتر

چکیده

هدف این مقاله تحلیل عملکرد یک واحد تولید توان متشکل از یک میکروتوربین گازی و یک پیل سوختی اکسیدجامد با کارکرد در فشار اتمسفریک می باشد. بر خلاف بیشتر تحقیقات انجام شده که پیل سوختی را در بالادست توربین قرار داده بودند، در این تحقیق پیل سوختی در پایین دست توربین قرار داده شده است. با توجه به اهمیت نقش پیل سوختی در سیستم معرفی شده تحلیل های شیمیایی و حرارتی کاملی در پیل انجام شده و بر خلاف بیشتر تحقیقات قبلی در تمام شرایط کاری دمای پیل محاسبه می شود. در تحلیل های اقتصادی انجام شده در این تحقیق از دو مدل اقتصادی ساده لازارتو و روش نیازمندی درآمدی کل استفاده شده و نتایج این دو روش با یکدیگر مقایسه شده است. بررسی عملکرد سیستم ترکیبی نشان می دهد که افزایش فشار کاری سیستم و نسبت هوا به سوخت ورودی به آن به دلیل کاهش دمای پیل، سبب افت راندمان الکتریکی و همچنین افزایش قیمت برق تولیدی در آن می گردد. نتایج بدست آمده نشان می دهد که قیمت برق تولیدی بر اساس مدل ساده لازارتو در حدود 12/2 سنت و بر اساس مدل اقتصادی کامل TRR در حدود 19/5 سنت می باشد. هزینه خرید و نصب سیستم ترکیبی نیز در حدود 1798 دلار بر کیلووات برآورد شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Williams MC (2002) Fuel cell handbook. US Department of Energy, Virginia.

[2] Bove R, Ubertini S (2008) Modeling solid oxide fuel cells, methods, procedures and techniques. Springer, Netherlands Publisher.

[3] Gillette F (2006) CHP Case Studies-Saving Money and Increasing Security. Capstone Turbine Corporation.

[4] www.Capstoneturbine.com.

[5] پیرکندی ج، قاسمی م، حامدی م ح (1389) معرفی   سیستم­های هیبریدی توربین­گاز و پیل­سوختی اکسیدجامد جهت تامین انرژی. مجله علمی ترویجی مهندسی مکانیک 19(74):14 تا 22.

[6] Massardo AF, Magistri L (2003) Internal reforming solid oxide fuel cell gas turbine combined cycles (IRSOFC-GT)-Part II: Exergy and thermoeconomic analyses. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power 125: 67–74.

[7] Noren DA (2007) Thermoeconomic simulation of solid oxide fuel cell/gas turbine hybrid systems for distributed tri-generation. Ph.D Thesis, University of California,  Davis.

[8] Arsalis A (2007) Thermo economic  modeling and parametric study of hybrid solid oxide fuel cell – gas turbine – steam turbine power plants ranging from 1.5 MWe to 10 MWe. M.Sc. thesis, Virginia Polytechnic Institute and State University.

[9] Arsalis A (2008) Thermoeconomic modeling and parametric study of hybrid SOFC–gas turbine–steam turbine power plants ranging from 1.5 to 10MWe. Journal of Power Sources 181: 313–326.

[10] Franzoni A, Magistri L, Traverso A, Massardo AF (2008) Thermoeconomic analysis of pressurized hybrid SOFC systems with CO2 separation. Energy 33: 311–320.

[11] Santin M, Traverso A, Magistri L, Massardo A (2010) Thermoeconomic analysis of SOFC-GT hybrid systems fed by liquid fuels. Journal of Energy 35: 1077–1083.

[12] Cheddie DF, Murray R (2010) Thermo-economic modeling of a solid oxide fuel cell/gas turbine power plant with semi-direct coupling and anode recycling. International Journal of Hydrogen Energy 35: 11208–11215.

[13] Cheddie DF, Murray R (2010) Thermo-economic modeling of an indirectly coupled solid oxide fuel cell/gas turbine hybrid power plant. Journal of Power Sources 195: 8134–8140.

[14] Cheddie DF (2011) Thermo - economic optimization of an indirectly coupled solid oxide fuel cell/gas turbine hybrid power plant. International Journal of Hydrogen Energy 36: 1702–1709.

[15] Shirazi A, Aminyavari M, Najafi B, Rinaldi F, Razaghi M (2012) Thermal-economic-environmental analysis and multi-objective optimization of an internal-reforming solid oxide fuel cell-gas turbine hybrid system. International Journal of Hydrogen Energy 37: 19111–19124.

[16] Bejan A, Tsatsaronis G, Moran M (1996) Thermal design and optimization. John Wiley& Sons.

[17] Haseli Y, Dincer I, Naterer GF (2008) Thermodynamic analysis of a combined gas turbine power system with a solid oxide fuel cell through exergy. Journal of Thermochimica Acta 480: 1–9.

[18] Akkaya AV (2007) Electrochemical Model for Performance Analysis of a Tubular SOFC. International Journal of Energy Research 31: 79–98.

[19] پیرکندی ج، قاسمی م، حامدی م ح (1390) تحلیل عملکرد ترمودینامیکی یک چرخه هیبریدی پیل­سوختی اکسید جامد و میکروتوربین­گازی در یک سیستم تولید همزمان. نشریه علمی-پژوهشی سوخت و احتراق 4(2):67-89.

[20] قنبری باورصاد پ (1385) مدل­سازی و بررسی عملکرد سیستم هیبرید پیل سوختی اکسید جامد و توربین گاز از دیدگاه انرژی و اگزرژی. پایان نامه کارشناسی ارشد، تهران، دانشگاه صنعتی شریف.

[21] Kotas TJ (1995) The exergy method of thermal plant analysis. Krieger Publishing Company, Florida.

[22] Ciesar JA (2001) Hybrid Systems Development by The Siemens Westinghouse Power Corporation. Presented by Siemens Westinghouse Power Corporation, Natural Gas/Renewable Energy Hybrids Workshop.

[23] پیرکندی ج، قاسمی م (1392) مدل­سازی و آنالیز ترمواکونومیکی یک نیروگاه سیکل ترکیبی پیل­سوختی و میکروتوربین­گازی. نشریه علمی-پژوهشی مهندسی مکانیک مدرس 13(15):207-222.