عنوان

تحلیل انرژی، اگزرژی و ترمواکونومیک چرخه‌های ترکیبی بر پایه پیل سوختی غشاء تبادل پروتونی با ریفرمینگ خورشیدی,‮‭Energy, Exergy and Thermoeconomic Analysis of combined cycles based on PEMFC by solar reforming‬

Number

‭۲۱۴۱۷پ‬

.Language of Text, Soundtrack etc

per

Title Proper

تحلیل انرژی، اگزرژی و ترمواکونومیک چرخه‌های ترکیبی بر پایه پیل سوختی غشاء تبادل پروتونی با ریفرمینگ خورشیدی

Parallel Title Proper

‮‭Energy, Exergy and Thermoeconomic Analysis of combined cycles based on PEMFC by solar reforming‬

First Statement of Responsibility

/نیلوفر سرابچی

Name of Publisher, Distributor, etc.

: فنی مهندسی مکانیک

Date of Publication, Distribution, etc.

، ‮‭۱۳۹۸‬

Name of Manufacturer

، افشار

Specific Material Designation and Extent of Item

‮‭۱۴۸‬ص‬

Text of Note

چاپی - الکترونیکی

Dissertation or thesis details and type of degree

دکتری

Discipline of degree

مهندسی مکانیک- تبدیل انرژی

Date of degree

‮‭۱۳۹۸/۰۴/۱۱‬

Body granting the degree

تبریز

Text of Note

طراحی سیستم‌های تولید توان جدید و کارآمد و در عین حال تمرکز بر بکارگیری منابع انرژی تجدید پذیر همانند انرژی خورشیدی در چنین سیتسم‌های تبدیل انرژی می‌توانند در جهت صرفه جویی منابع سوخت‌های فسیلی و کاهش آلودگی محیط زیست کمک کنند .با توجه به انواع سیستم‌های تولید توان، پیل‌های سوختی غشاء تبادل پروتونی دما بالا‮‭PEMFC) - (HT‬به دلیل دارا بودن ویژگی‌های بارزی همچون بازده بالا، آلایندگی کم، چگالی توان بالا، قابلیت تحمل بالای ‮‭CO‬ و در نتیجه ساده بودن سیستم‌های پردازنده سوخت و همچنین قابلیت استفاده در سیستم‌های ترکیبی به عنوان یکی از فناوری‌های امیدوارکننده در زمینه تبدیل انرژی به شمار می آیند .در کار حاضر، دو آرایش جدید سیستم تولید همزمان ترکیبی بر پایه‮‭PEMFC - HT‬به همراه ریفرمر متانول- بخار از دیدگاه اگزرژی، اگزرژواکونومیک و اثرات زیست محیطی به صورت جامع بررسی شده است .در آرایش ‮‭۱‬ ریفرمر متانول- بخار با کوره کاتالیستی ادغام شده است و در آرایش ‮‭۲‬ از کلکتورهای خورشیدی سهموی- خطی به همراه مخزن ذخیره سازی گرما برای تأمین گرمای موردنیاز ریفرمر استفاده گردیده است .در سیستم‌های پیشنهادی حرارت اتلافی از پیل سوختی برای راه اندازی چرخه کالینا به منظور تولید توان بیشتر به کاربرده شده است .علاوه بر آن، در آرایش ‮‭۱‬ از انرژی گازهای احتراق خروجی و در آرایش ‮‭۲‬ از گرمای گازهای خروجی از کاتد برای تولید آب گرم برای مصارف خانگی استفاده شده است .نتایج حاصل از مطالعه پارامتری نشان می‌دهد که دمای پیل سوختی بالاتر و دمای ریفرمر پایین تر به نفع بازده اگزرژی کل و متوسط هزینه واحد تولید محصول کل است .همچنین، به ازای مقادیر مشخصی از نسبت بخار به کربن، ماکزیمم و مینیمم می‌گردد .علاوه بر آن، سیستم تولید همزمان شامل ریفرمر خورشیدی، به ازای نسبت بازچرخش گاز آند برابر با ‮‭۴۴۴/۰‬ به کمترین مقدار خود،‮‭$/GJ ۱۵۳‬ ، می‌رسد .مقایسه عملکرد هر دو چرخه پیشنهادی در شرایط عملکردی پایه، نشان می‌دهد که نابودی اگزرژی کل و هزینه واحد تولید محصول نهایی سیستم با آرایش ‮‭۲‬ به ترتیب به مقدار ‮‭kW ۵/۱۷‬ و ‮‭$/GJ ۵/۴۷‬ کمتر از مقادیر متناظر آن برای آرایش ‮‭۱‬ است .در نهایت به منظور بهینه سازی چند هدفه بر پایه الگوریتم ژنتیک دو سناریوی متفاوت از توابع هدف بررسی شده است .در سناریو‮‭۱‬ ، و به عنوان توابع هدف در نظر گرفته شده اند در حالی که در سناریو‮‭۲‬ ، اگزرژی محصول کل و شاخص نشر گاز ‮‭CO۲‬ به صورت دو تابع هدف فرض گردیده اند .نتایج بهینه سازی به دست آمده از سناریو ‮‭۱‬ برای چرخه تولید همزمان با آرایش ‮‭۱‬ نشان می‌دهد که مقادیر بهینه و به ترتیب برابر ‮‭۵۹۱/۳۵‬ و ‮‭$/GJ ۲۶۹/۱۵۴‬ است .مقایسه دو چرخه در حالت بهینه سناریو ‮‭۱‬ نشان می‌دهد که مقدار چرخه ‮‭۲‬ در حدود ‮‭۵۵/۲۱‬ نسبت به مقدار متناظر آن برای چرخه ‮‭۱‬ کاهش یافته است .همچنین در حالت سناریو‮‭۲‬ ، نقطه بهینه نهایی حاصل از جبهه پارتو برای چرخه ‮‭۲‬ نشانگر اگزرژی محصول کل برابر با ‮‭kW ۵۷۱ /۹۴‬ و شاخص نشر گاز ‮‭CO۲‬ برابر با ‮‭g/kWh ۰۹/۵۴۸‬ می‌باشد

Text of Note

Designing innovative and more efficient power producing systems, and at the same time focusing on the renewable energy sources such as solar energy and their use in such energy conversion systems can help in saving fossil fuel energy resources and overcoming the environmental pollution. Regarding the power producing systems, the high temperature proton exchange membrane fuel cells (HT-PEMFCs) are known as one of the most promising technologies in energy conversion field due to their prominent features such as having high efficiency, low emission, high power density, high carbon monoxide (CO) tolerance and consequently simplified fuel processing unit and also of their application in combined cycles. In the present work, two new configurations of novel combined cogeneration system based on HT-PEMFC along with methanol steam reformer are investigated from the viewpoints of exergy, exergoeconomic and environmental impact, comprehenssively. In configuration 1 methanol steam reformer is coupled with a catalytic combustor and in configuration 2 parabolic trough solar collectors with a storage tank are used to provide the heat required for the reformer. In the proposed systems the fuel cell waste heat is utilized to run a Kalina cycle for additional power production. In addition, the energy content of combustion gases in the configuration 1 and cathode-off gases energy in the configuration 2, are recovered to produce hot water for residential use. The results obtained from parametric study show that a higher fuel cell temperature and a lower reformer temperature are in favor of the overall exergy efficiency and total product unit cost . Also, the is maximized, and the is minimized at some specific values of steam to carbon ratio. In addition, the of cogeneration system including solar reformer, reaches to its minimum value, 153 $/GJ, at anode gas recirculation ratio of 0.444. The performance comparison of two proposed systems show that, at the base operating condition, the total exergy destruction and total product unit cost of configuration 2 are 47.5 $/GJ and 17.5 kW lower than the corresponding values for configuration 1, respectively. Finally, for the multi-objective optimization purpose, based on genetic algorithm, two different scenarios of the objective functions are investigated. In scenario I the and of the system are considered as two objective functions, while in scenario II the total product exergy and CO2 mass specific emission are presumed as the two objectives. The optimization results obtained by scenario 1 for the cogeneration cycle with configuration 1 demonstrate that the optimum values of and are 35.591 and 154.269 $/GJ, respectively. The comparison of two cycles show that under the optimum condition of scenario 1, the of configuration 2 is decreased around 21.55 compared to that for the configuration 1. Also, In the scenario 2 the final optimal design point achieved from Pareto frontier for the cycle with configuration 2 reveals a total product unit cost of 94.571 kW and CO2 mass specific emission of 548.09 kg/kWh

Parallel Title

‮‭Energy, Exergy and Thermoeconomic Analysis of combined cycles based on PEMFC by solar reforming‬

سرابچی، نیلوفر

Sarabchi, Niloufar

محمودی، محم، استادراهنما

یاری، مرتضی، استاد راهنما

فرضی، علی، استاد مشاور

Public note

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی