بهینه سازی چند هدفه سیستم هیبرید میکروتوربین و پیل سوختی اکسید جامد با استفاده از الگوریتم ژنتیک

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشیار/ دانشگاه علم و صنعت ایران

2 دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

بهینه‌سازی فنی، اقتصادی و زیست محیطی سیستم هیبرید پیل سوختی اکسید جامد و میکروتوربین گاز در بار کامل به منظور تولید توزیع شده انرژی الکتریکی در این مقاله مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور از یک روش بهینه‌سازی چند هدفه بر مبنای الگوریتم ژنتیک استفاده شده است. سیستم هیبرید توسط یک کد کامپیوتری مدلسازی حرارتی شده و نتایج مدلسازی عملکرد سیستم  با استفاده از داده های موجود در مراجع مورد اعتبارسنجی قرار گرفته است. در فرآیند بهینه‌سازی مقادیر پارامترهای تصمیم‌گیری  با توجه به قیود سیستم محاسبه شده‌اند تا یک معیار بهینه برای توابع هدف هزینه و بازده اگزرژی را برآورده سازند. در همین حال هزینه‌های جریمه تخریب محیط زیست به هزینه‌های کل سیستم افزوده شده است. اثر تغییرات قیمت سوخت، هزینه‌های سرمایه­گذاری و اندازه­ی توان خروجی سیستم بر نتایج بهینه‌سازی مورد بررسی قرار گرفته است. از نتایج بدست آمده به روشنی ملاحظه می‌گردد که حساس‌ترین و مهم‌ترین پارامتر طراحی سیستم، چگالی جریان پیل سوختی می‌باشد که انتخاب دقیق مقدار آن سهم مهمی در توازن میان کارایی و هزینه­ سیستم دارد. 

کلیدواژه‌ها


[1] Larminie J, Dicks A (2004) Fuel Cell Systems Explained. Wiley, New York.

[2] Massardo AF, McDonald CF, Korakianitis T, Microturbine/Fuel–Cell Coupling For High-Efficiency Electrical Power Generation. ASME 00–GT–175.

[3] Massardo AF, Lubelli F Internal Reforming Solid Oxide Fuel Cell-Gas Turbine Combined Cycles (IRSOFC-GT): Part A–Cell Model and Cycle Thermodynamic Analysis. ASME 98–GT–577.

[4] Campanari S, Full Load and Part–Load Performance Prediction for Integrated SOFC and Microturbine Systems. ASME 99–GT–65.

[5] Costamagna P,  Magistri L, Massardo AF (2001) Design and Part–Load performance of a hybrid system based on a solid oxide fuel cell reactor and a micro gas turbine. J Power Sources. 96: 352–368.

[6] Chan SH, Khor KA, Xia ZT (2001) A complete polarization model if a solid oxide fuel cell and it’s sensitivity to the change of cell component thickness.J Power Sources. 93:130–140.

[7] Chan SH, Ho HK, Tian Y (2002) Modelling of simple hybrid solid oxide fuel cell and gas turbine power plant.J Power Sources. 109: 111–120.

[8] Chan SH, Low CF, Ding OL (2002) Energy and exergy analysis of simple solid-oxide fuel–cell power systems.J Power Sources. 103: 188–200.

[9] Chan SH, Ho HK, Tian Y (2003) Multi–level modeling of SOFC–gas turbine hybrid system. Int J Hydrogen Energ. 28: 889–900.

[10] Chan S.H, Ho H.K, Tian Y (2003) Modeling for part-load operation of solid oxide fuel cell-gas turbine hybrid power plant.J Power Sources. 114: 213–227.

[11]Massardo A.F, Magistri L, Internal Reforming Solid Oxide Fuel Cell-Gas Turbine Combined Cycles (IRSOFC–GT): Part II–Exergy and Thermoeconomic Analysis. ASME 2001–GT–380.

[12] Bavarsad PG (2007) Energy and exergy analysis of internal reforming solid oxide fuel cell–gas turbine hybrid system.Int J Hydrogen Energ. 32: 4591–4599.

[13] Calise F, Dentice d’Accadia M, Palombo A, Vanoli L (2006) Simulation and exergy analysis of a hybrid Solid Oxide Fuel Cell (SOFC)–Gas Turbine System. Energy, 31: 3278–3299.

[14] Calise F, Palombo A, Vanoli L (2006) Design and partial load exergy analysis of hybrid SOFC–GT power plant. J Power Sources, 156: 225–244.

[15] Calise F, Dentice d’Accadia M, Palombo A, Vanoli L, von Spakovsky MR (2006) Single-level optimization of a hybrid SOFC–GT power plant. J of Power Sources. 159: 1169–1185.

[16] Calise F, Dentice d’Accadia M, Palombo A, Vanoli L, von Spakovsky MR (2007) Full load synthesis/design optimization of a hybrid SOFC–GT power plant. Energy, 32: 446–458.

[17]  Autissier N, Palazzi F, Marechal F, Van Herle J, Favrat D (2007) Thermo–Economic Optimization of a Solid Oxide Fuel Cell. Gas Turbine Hybrid System, ASME  J. of  Fuel cell science and technology. 4: 123–129.

[18] Duan L, He B, Yang Y (2011) Parameter optimization study on SOFC–MGT hybrid power system. Int J Energ Res, Volume 35, Issue 8: 721–732.

[19] Holman J.P (2001) Heat Transfe.9thed, McGraw-Hill, New York.

[20] Sanaye S, Hajabdollahi H (2010) Thermal-economic multi-objective optimization of plate fin heat exchanger using genetic algorithm. Applied Energy.87:1893–1902.

[21] Sanaye S, Ghazinejad M (2007) Thermoeconomic Optimization of Gas Turbine Combined Heat and Power System In a Paper Mill. ASME GT–2007–27206.

[22] Siemens-Westinghouse Power Corporation(2000) Pressurized Solid Oxide Fuel Cell/Gas Turbine Power System, Final Report, for US department of energy,February.

[23] Sanaye S, Dehghandokht M (2010) Modeling and multi-objective optimization of parallel flow condenser using evolutionary algorithm. Appl Energy, 88:1568–1577.

[24] Lazzaretto A, Toffolo A(2004) Energy, economy and environment as objectives in multi–criterion optimization of thermal systems design. Energy, 29: 1139–1157.

[25] BarzegarAvval H, Ahmadi  P, Ghaffarizadeh AR, Saidi MH (2011) Thermo–economic–environmental multi-objective optimization of a gas turbine power plant with preheater using evolutionary algorithm,Int J Energ Res, Volume 35, Issue 5:389–403.