Katı oksit yakıt pili entegreli bir gaz türbini sisteminin termodinamik modelinin geliştirilmesi

Abstract

Artan ekonomik ve teknolojik gelişme ile beraber küresel elektrik tüketimi hızlıca artmaktadır. Günümüzde elektrik enerjisi çoğunlukla fosil yakıtlardan elde edilmektedir. Bununla birlikte fosil yakıt kaynaklı çevre kirliliği de artış göstermektedir. Bu da bizi daha temiz kaynaklardan elektrik enerjisi elde etmeye itmektedir. Bu anlamda katı oksit yakıt pilleri sağladığı avantajlar ile popüler hale gelmektedir. Bu çalışmada katı oksit yakıt pili ve entegre gaz türbin çevriminin 0-D dinamik modeli , termodinamik eşitlikler kullanılarak MATLAB/Simulink ortamında oluşturulmuştur. Önerilen sistem bir katı oksit yakıt pili, gaz türbini, ısı değiştirici ve hava kompresöründen meydana gelmektedir. Çalışmada yakıt hücresi modeli performans verileri referans model ile karşılaştırılmıştır. Akabinde 250 hücreden oluşan bir katı oksit yakıt pili yığını entegre edilmiş, gaz türbin sisteminin performans verileri birtakım parametreler üzerinden incelenmiştir. Bu parametreler ; yakıt kullanım verimliliği, yakıt pili çalışma basıncı ve değişken akım yüklemeleridir. Çalışmada sistem verimliliğini artırmada en etkili parametrenin çalışma basıncı oluğu görülmüştür. Tüm çalışmada, hibrit sistem için elde edilebilecek maksimum güç 138 kW iken maksimum elektriksel verim %65,19 olarak bulunmuştur.

Global electricity demand and consumption are increasing rapidly due to increasing economic and technological developments. Nowadays, electrical energy is commonly obtained from fossil fuel sources. Consequently, fossil fuel-based air pollution is also increasing. This led us to electricity generation from clean energy sources. In this sense, solid oxide fuel cells are promising technology due to the with some advantages . In this study, 0-D dynamic model of solid oxide fuel cell and integrated gas turbine cycle is developed in MATLAB/Simulink environment by using thermodynamic equations. The proposed system consists of a solid oxide fuel cell, gas turbine, heat exchanger and air compressor. In the present work, SOFC model results were compared with the experimental results. The solid oxide fuel cell stack consists of 250 cells. The solid oxide fuel cell stack consists of 250 cells. The integrated gas turbine system results have been obtained for some parameters.These parameters are; fuel utilization rate, fuel cell operating pressure and load current changes. In the study, it was seen that the most effective parameter to be increasing the efficiency of the system was the fuel cell stack operating pressure. The maximum power which can be obtained from the hybrid system is 138 kW and the maximum electrical conversion efficiency is 65.19%.