مدل سازی دینامیکی و بهینه سازی سیستم هیبرید پیل سوختی اکسید جامد و توربین گازی

با توجه به روند رو به رشد مصرف انرژی در جهان و آثار آن بر محیط زیست، امروزه به دست آوردن سیستم های تولید توان با راندمان بالا و میزان آلایندگی کم تر، بسیار حائز اهمیت می باشد. قابلیت پیل های سوختی در ترکیب با موتورهای حرارتی، سبب شده است که سیستم هیبرید حاصل به عنوان پیشنهادی برای سیستم های حرارتی جدید مد نظر باشد. از این رو در پایان نامه حاضر یک سیستم ترکیبی پیل سوختی اکسید جامد و توربین گازی به همراه ریفورمر خارجی، در محیط نرم افزار متلب و با استفاده از روش مدل سازی بدون بعد، از طریق موازنه جرم و انرژی و با در نظر گرفتن واکنش های شیمیایی و الکتروشیمیایی مدل سازی شده است. هدف از این کار طراحی یک سیستم هیبرید پیل سوختی اکسید جامد و توربین گازی در شرایط عملکرد بهینه، به منظور تبدیل دبی مشخصی از سوخت متان به انرژی الکتریکی می باشد. بدین منظور هر یک از اجزا، برای مثال کمپرسور، توربین، مبدل های حرارتی، ریفورمر سوخت، محفظه احتراق، استک پیل سوختی و... در داخل مدل های جعبه ای مستقل شبیه سازی و سپس با استفاده از روش بهینه سازی الگوریتم ژنتیک، از طریق آنالیز حرارتی(انرژی و اکسرژی) و اقتصادی، مقادیر پارامترهای تصمیم گیری با توجه به قیود سیستم محاسبه شده است. تابع هدف های بررسی شده به منظور بهینه سازی چند هدفه، عبارتند از بازده اکسرژی و نرخ کلی هزینه ها(شامل هزینه ی سرمایه گذاری، تعمیر و نگه داری، هزینه ی سوخت و بخار آب) که به ترتیب مقدار حداکثر و حداقل آن ها مد نظر می باشد. نتایج حاصل از بهینه سازی، بازده اکسرژی 9/51% و نرخ کلی هزینه برابر با $/s00715/0 را برای نقطه بهینه انتخابی از نمودار پارتو نشان می دهد. در ادامه تاثیر متغیرهای مختلف بر عملکرد سیستم مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که با افزایش جریان برگشتی، دبی هوای ورودی، فاکتور مصرف سوخت و دبی بخار آب، عملکرد سیستم بهبود می یابد و به عبارتی بازده اکسرژی سیستم افزایش و نرخ کلی هزینه ها کاهش پیدا می کند. از طرفی با افزایش فشار سیستم، بازده و نرخ هزینه سیستم هر دو افزایش می یابند. همچنین با افزایش دمای ریفورمر سوخت، نرخ هزینه سیستم ابتدا کاهش و سپس افزایش می یابد در حالی که بازده سیستم همچنان افزایشی است. در انتها اثر تغییر دبی سوخت بر نتایج بهینه سازی مورد بررسی قرار گرفته است. از نتایج به دست آمده به روشنی ملاحظه می گردد که با افزایش دبی سوخت متان و به عبارتی طراحی سیستم هیبریدی در ابعاد بزرگتر، محدوده جواب های بهینه سیستم به سوی کارآمدی ترمودینامیکی بهتر(افزایش بازده اکسرژی) تغییر می کند.