22336

طراحي و ارزيابي سيستم توليد چندگانه مبتني بر پيل سوختي اكسيد جامد براي توليد توان، آب شيرين و هيدروژن

كارشناسي ارشد

تبديل انرژي - سيستم‌هاي انرژي

1396

1399/2/27

دكتر مهدي مقيمي

مكانيك

سيستم يكپارچه جديدي براي توليد همزمان برق، آب شيرين و هيدروژن مبتني بر پيل سوختي اكسيد جامد (SOFC) و توربين گاز (GT) پيشنهاد شده است. در اين سيستم به منظور بازيابي گرما اتلافي، از دو سيكل توليد توان دما پايين از جمله كالينا (KC) و رانكين ارگانيك (ORC) در يك حلقه استفاده شده است. در اين حلقه به دليل متغير بودن دماي مخلوط آب-آمونياك در ناحيه دوفازي و توانايي همسويي نزديك آن با دماي منبع گرم، از چرخه كالينا براي بازيابي گرماي اتلافي SOFC-GT استفاده شده است. علاوه بر اين، به منظور بازيابي گرما اتلافي در كندانسور كالينا، سيكل دما پايين رانيكن ارگانيك بكار گرفته شده است. همچنين استفاده از يك منبع سرما براي دستيابي به راندمان بهتر در سيستم بسيار توصيه مي شود. به همين منظور در اين مطالعه، از انرژي سرد جريان گاز طبيعي مايع (LNG) به عنوان سينك حرارتي در ORC استفاده شده است. علاوه بر اين، در سيستم پبشنهادي براي توليد آب شيرين و هيدروژن به ترتيب از فن آوري هاي اسمز معكوس (RO) و الكترولايزر غشاي تبادل پروتون (PEME) استفاده شده است. در اين پيكربندي، انرژي مورد نياز براي توليد اب شيرين در واحد RO توسط چرخه كالينا تامين ميشود. همچنين، انرژي مورد نياز براي توليد هيدروژن در PEME از طريق ORC و توربين LNG تامين ميشود. در اين پژوهش طي يك مطالعه پارامتريك تاثير پارامترهاي تصميم گيري كليدي همچون تراكم جريان، نسبت فشار، فشار وردي توربين كالينا، غلظت امونياك، اختلاف دماي پينچ پوينت ORC ، فشار وروردي توربين LNG بر عملكرد سيستم مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنين به منظور انجام تحليل اگزرژي سهم هر يك از سيستم ها در تخريب اگزرژي كل نشان داده شده است و علاوه بر اين به منظور شناسايي مقدار و محل دقيق تخريب اگزرژي نمودار اگزرژي رسم شده است . سيستم مورد نظر با در نظر گرفتن بازده اگزرژي، ميزان توليد اب شيرين، ميزان توليد هيدروژن و هزينه واحد محصولات به عنوان توابع هدف، در سه مسئله بهينه سازي جداگانه با استفاده از الگوريتم ژنتيك بهينه شده است. با در نظر گرفتن بازده اگزرژي و هزينه واحد محصولات به عنوان توابع هدف، در نقطه بهينه مقادير مربوطه به ترتيب 54.2% و $/GJ 34.5 بدست مي آيد. اگر ميزان توليد اب شيرين و هزينه واحد كل محصولات به عنوان توابع هدف در نظر گرفته شود، در نقطه بهينه، نرخ توليد اب شيرين و هزينه واحد محصولات به ترتيب m3/hr 90.1 و$/GJ 32.9 بدست مي ايد. همچنين، اگر ميزان توليد هيدروژن و هزينه كل محصولات به عنوان توابع هدف در نظر گرفته شود، در نقطه بهينه، نرخ توليد هيدروژن و هزينه واحد محصولات به ترتيب kg/hr 11.6 و $/GJ 32.8 است.

1399/06/04

Design and evaluation of a novel multigeneration system based on SOFC-GT for power, desalinated water and hydrogen supply

9/30/2020 12:00:00 AM

A novel hybrid system is proposed based on solid oxide fuel cell - gas turbine (SOFC-GT) for simultaneous production of electricity, freshwater and hydrogen. Through a parametric study, the influences of major decision parameters on the performance of the system are studied. The energy, exergy and exergoeconomic investigations are conducted, and then, the system is optimized by using the genetic algorithm, based on the exergy efficiency, freshwater production rate, hydrogen production rate, and total unit cost of the products as objective functions in three separate optimization problems. Considering the exergy efficiency and total unit cost of the products as the objective functions, the obtained values are 54.2% and 34.5 $/GJ in the optimal point, respectively. If the freshwater production rate and total unit cost of the products are considered as the objective functions, their values at the optimal point would be 90.1 m3/hr and 32.9 $/GJ, respectively. In case of considering the hydrogen production rate and total unit cost of the product as the objective functions, their values at the optimal point would be 11.6 kg/hr and 32.8 $/GJ, respectively.