بررسی عملکرد سیستم هیبریدی پیل سوختی اکسید جامد توربین انبساطی برای ایستگاه‌های تقلیل فشار گاز

در این مقاله، استفاده از سیستم توربین انبساطی پیل سوختی اکسید جامد در ایستگاه تقلیل فشار گاز به جای سیستم های متداول در ایران (استفاده از رگلاتور برای کاهش فشار)، پیشنهاد شده است و به بررسی عوامل موثر بر عملکرد سیستم هیبریدی پیشنهادی پرداخته می شود. کاهش فشار در ایستگاه‌های متداول توسط شیرهای فشارشکن انجام می‌گیرد که تولید انرژی ندارند؛ اما با اضافه شدن توربین‌های انبساطی و پیل‌های سوختی، می‌توان انرژی الکتریکی نیز تولید کرده و آن ‌را به شبکه برق تزریق کرد. در زمستان به علت پایین بودن دمای گاز ورودی و همچنین بالا بودن فشار ورودی، در توربین انبساطی و شیرهای فشار شکن احتمال یخ‌زدگی و در نتیجه خرابی دستگاه‌ها خواهد بود. به این دلیل از یک بویلر برای تولید گرما استفاده می‌شود. چون پیل سوختی اکسید جامد گرمای زیادی در حین کار تولید می‌کند، می توان از این گرما برای پیش‌گرمایش استفاده کرد و میزان مصرف سوخت را پایین آورد. این کار به کمک تحلیل حرارتی و الکتروشیمیایی پیل سوختی همراه با تحلیل ترمودینامیکی دیگر اجزای سیستم هیبریدی انجام می گیرد. نتایج نشان می‌دهد ایستگاه تقلیل فشار با استفاده از ترکیب پیل سوختی و توربین، بازده 5 تا 10% بالاتری را نسبت به ایستگاه تقلیل فشار شامل پیل سوختی و شیر فشارشکن دارد. برای حالتی که سیستم دارای پیل سوختی است، میزان مصرف سوخت نسبت به حالتی که سیستم بدون وجود پیل سوختی کار می‌کند، بسیار زیاد است؛ زیرا بیشتر این سوخت صرف تولید توان الکتریکی می‌شود. همچنین استفاده از پیل سوختی در ایستگاه‌های تقلیل فشار باعث بالاتر رفتن بازده سیستم و در نتیجه کاهش مصرف سوخت نسبت به نیروگاه‌های چرخه ترکیبی است.

Study of Fuel cell Turboexpander Hybrid System for Gass Pressure Reducing Stations

Due to the widespread use of unstiffened and stiffened composite shells in different industries, investigating their vibrational behavior has great importance. In this paper, the effects of different parameters on the vibration of these shells are studied using experimental and numerical analysis. Specimens used for modal analysis are fabricated by filament winding machine. The mechanical properties of fibers and resin matrix are determined based on the standard tests as the fiber volume fraction in the shell and the stiffeners. Finally, the mechanical properties are calculated using micromechanical relations. These properties are used for finite element modeling by ABAQUS package. FE results are validated in comparison with empirical tests. Finally, the effects of different parameters on the vibrational behavior of composite shells are studied using this FE model. The results show that using the stiffeners does not necessarily increase the natural frequencies of the shell. From the vibrational point of view, the results of the stiffened shell with circumferential rings, kagome grid, and triangle grid are similar. So, considering the manufacturing procedure, stiffening the shell with circumferential rings is preferred.