تحلیل انرژی و اگزرژی یک سیستم تولید هم‌زمان پیل سوختی اکسید جامد و توربین گاز برای آب‌شیرین‌کن

در این تحقیق یک سیستم هیبریدی پیل سوختی توربین گاز با هدف کوپل شدن با یک سیستم های آب شیرین کن انتخاب، طراحی و شبیه سازی شده است. این سیستم از منظر قانون اول و دوم ترمودینامیک مورد تحلیل و بررسی قرار گرفت. همچنین یک تحلیل پارامتری به منظور تعیین عملکرد بهینه سیستم صورت گرفته است. پارامترهای مورد بررسی شامل ضریب مصرف سوخت، نسبت فشار کمپرسور، درصد پیش اصلاح و نسبت بخار به کربن هستند. نتایج نشان می دهند که برای پارامترهای طراحی در نظر گرفته شده توان خالص تولیدی 1215kw، راندمان کلی 81/65% و راندمان اگزرژی 60/7% هستند. همچنین با تحلیل نرخ تخریب اگزرژی مشخص شد که توده پیل سوختی، محفظه احتراق و اصلاح کننده مقدماتی سوخت بیشترین سهم را در تخریب اگزرژی بر عهده دارند. نتایج تحلیل پارامتری نشان می دهند که افزایش فشار، درصد پیش اصلاح و ضریب مصرف سوخت تا حد معینی بر عملکرد سیستم اثر مثبت دارند و محدوده مناسب ضریب مصرف سوخت بین 0/8تا 0/85 است. از سوی دیگر با بررسی اثر فشار و دما روی سیستم مشخص می شود که دمای پیل سوختی نمی تواند ثابت باشد. همچنین نتایج نشان می دهند که با افزایش نسبت بخار به کربن راندمان سیستم کاهش می یابد.

The Energy and Exergy Analysis of a Solid Oxide Fuel Cell and Gas Turbine for Desalination System

In this study, a hybrid system of fuel cell/gas turbine was designed and simulated with the aim of coupling with desalination systems. This system was analyzed from the viewpoints of the first and second law of thermodynamics. A parametric analysis was also performed to the determination of the system optimal performance. The studied parameters are fuel utilization factor, compressor pressure ratio, prereforming percentage, and the steam to carbon ratio. The results show that for the design parameters, the net power is 1215kW, the overall efficiency is 81.65% and the exergy efficiency is 60.7%. Also, by analyzing the rate of exergy destruction, it has been determined that the stack of fuel cells, combustion chamber, and prereforming have the most part in the destruction of exergy. Parametric analysis results show that increases in pressure, prereforming percentage, and fuel utilization factor have a positive effect on the system performance to a certain extent and the suitable ranges of the fuel utilization factor are from 0.8 to 0.85. On the other hand, by analyzing the effect of pressure and temperature on the system, it is determined that the temperature of the fuel cell cannot be constant. It was also shown that the efficiency of the system decreases with increasing steam to carbon ratio.