تحلیل ترمو اقتصادی سیستم جدید تولید سه‌گانه بر پایه پیل سوختی اکسید جامد و توربین گازی با سوخت هیدروژن

در این تحقیق، یک چرخه جدید تولید همزمان توان، سرمایش و گرمایش متشکل از پیل سوختی اکسید جامد، توربین گاز، مولد بخار بازیافت حرارت، چرخه تبرید جذبی گکس و مبادله‌کن گرمای بازیافت حرارت از دیدگاه ترمودینامیکی و اقتصادی مورد مطالعه قرار گرفته است. مدل‌سازی این چرخه از طریق حل همزمان معادلات الکتروشیمیایی و ترمودینامیکی اجزاء و روابط اگزرژی - اقتصادی صورت گرفته است. نتایج بدست آمده بیانگر آن است که اگزرژی کل چرخه ترکیبی پیشنهادی 14.9% بیشتر و نرخ بازگشت‌ناپذیری این چرخه 10.6% کمتر از چرخه ترکیبی پیل سوختی توربین گازی - چرخه گکس، در شرایط مشابه می‌باشد. همچنین، پیل سوختی و پس‌سوز بدلیل بازگشت ناپذیری‌ها، بیشترین نرخ تخریب اگزرژی را در بین اجزاء دارند. با توجه به نتایج اگزرژی اقتصادی، به ازای شرایط مشخص، مجموع هزینه واحد اگزرژی محصولات، ضریب اگزرژواکونومیکی، نرخ هزینه خرید کل تجهیزات چرخه و نرخ هزینه تخریب اگزرژی کل سیستم به ترتیب 331.1 دلار بر گیگا ژول، 29.3%، 10.47 دلار بر ساعت و 25.32 دلار بر ساعت بدست آمد. مطالعات پارامتری نشان داد که افزایش چگالی جریان موجب افزایش توان خالص خروجی، ظرفیت گرمایی مولد بخار بازیافت حرارت، برودت تولیدی، ظرفیت گرمایی مبادله‌کن بازیافت حرارت و بازگشت‌ناپذیری کل چرخه می‌گردد. همچنین با افزایش چگالی جریان، بازده اگزرژی و مجموع هزینه واحد اگزرژی محصولات کاهش پیدا می‌کنند.

Thermoeconomic analysis of a novel trigeneration system based on solid oxide fuel cell and gas turbine with hydrogen fuel

In this article, a new power, cooling and heating cogeneration system consisting of a solid oxide fuel cell (SOFC) gas turbine (GT), a heat recovery steam generator (HRSG), GeneratorAbsorberheat eXchange (GAX) absorption refrigeration cycle and a heat exchanger for heat recovery (HR) has been studied from a thermodynamic and economic perspective. The modeling of this cycle was done by solving the electrochemical, thermodynamic and exergoeconomic equations for fuel cell and system components, simultaneously. The results showed that the exergy of our proposed combined cycle is 14.9% more and the irreversibility rate of this cycle is 10.6% less than that of the combined SOFCGTGAX systems in the same conditions. Also, the fuel cell and the afterburner have the highest rate of exergy destruction among other components due to irreversibility. Exergoeconomic analysis showed that the sum of uint cost of products (SUCP), the exergoeconomic factor, the capital cost rate and the exergy destruction cost rate for the overall system is equal to 331.1 $/GJ, 29.3%, 10.47 $/h and 25.32 $/h, respectively. Parametric studies showed that increasing the current density will increase the net electrical power, heating capacity of HRSG and HR heat exchanger, cooling capacity and total irreversibility. Also, with increasing of the current density, both the exergy efficiency and SUCP decrease.