مدل‌سازی و تحلیل ترمودینامیکی تولید همزمان برق و حرارت مبتنی بر پیل سوختی اکسید جامد در بخش ساختمان

در این تحقیق، مدل‌سازی ترمودینامیکی یک سیکل تولید همزمان برق و حرارت بر پایه پیل سوختی اکسید جامد با کاربردهای ساختمانی انجام شده است. در ابتدا با معرفی سیکل پیشنهادی و ارائه روش مدل‌سازی، نحوه تحلیل ترمودینامیکی توضیح داده شده است. در ادامه با استفاده از نرم افزار تحلیلی cycle tempo، شبیه‌سازی سیکل انجام شده و معادلات بالانس جرم، انرژی و الکتروشیمی بصورت همزمان حل شده‌اند. پس از ارائه نتایج عملکردی سیکل، تحلیل پارامتریک بر روی مشخصه‌های اصلی تاثیر گذار بر عملکرد سیکل بررسی و شرایط عملیاتی مناسب مشخص شده است. نتایج حاصله دستیابی به توان الکتریکی 14.00 کیلووات، توان حرارتی 4.56 کیلووات، نسبت حرارت به توان 32 % را در بازدهی الکتریکی خالص 58.5 % و بازده کل 77.3 % نشان می‌دهد. این نتایج تایید کننده جذابیت بالای این سیستم‌ها در قیاس با سایر فناوری‌های تولید همزمان برق و حرارت مبتنی بر موتورهای گازسوز یا میکروتوربین‌های گازی می‌باشد. با توجه به قابلیت عملکرد سیستم در نسبت حرارت به توان‌های مختلف، استفاده از این سیستم در ساختمان‌های اداری و در اقلیم‌های گرم و گرم و معتدل، توصیه می‌گردد.

Simulation and thermodynamic analysis of a combined heat and power cycle based on solid oxide fuel cell in the building sector

In this research, thermodynamic modeling of a combined production cycle of heat and power is performed based on a solid oxide fuel cell for building sector applications. Initially, the thermodynamic assessment is explained by introducing the mentioned cycle and its respected modeling technique. Then, cycle simulation is performed using Cycle Tempo analytical software by simultaneously solving the mass, energy, and electrochemical equilibrium equations. Parametric analysis of the main characteristics influencing the performance of the cycle is assessed, and the appropriate operating conditions are determined after presenting the performance results. The results show that using this model, electric power of 14.00 kW, thermal power of 4.56 kW, heat to power ratio of 32% at net electrical efficiency of 58.5%, and total efficiency of 77.3% is achievable. These results also confirm the attractiveness of the proposed systems over other electricity and heat cogeneration technologies, which are based on gas engines or gas micro turbines. The system is highly recommended in administrative buildings and warm and warm/moderate climates considering the functionality of the proposed system in different heat to power ratios.