Gazifikasyonlu bir yakıt hücresi sisteminin simülasyonu ve performans analizi

Abstract

Bu çalışmada, bir yakıt hücresi sisteminin bir gazlaştırma sistemi ile entegresinden oluşan enerji üretim sistemi matematiksel olarak modellenerek, çeşitli işletme ve tasarım parametrelerinin sistemin performansına olan etkisi analiz edilmiştir. Entegre Gazlaştırıcı-KOYH sistemini oluşturan bileşenler ayrı ayrı ele alınarak, her bir bileşen için termodinamik, kimyasal ve elektrokimyasal proseslere dayalı olarak sıfır boyutlu denge modeli oluşturulmuştur. Bu kapsamda öncelikle KOYH'de yakıt olarak kullanılacak olan gaz karışımını üreten biyokütle gazlaştırıcı bileşeni modellenmiştir. Daha sonra yakıtı gazlaştırıcıdan elde edilen gaz karışımı olan KOYH'nin elektrokimyasal modeli oluşturulmuştur. Son olarak ısı değiştiriciler ve kompresörleri de içeren Entegre Gazlaştırıcı-KOYH sisteminin matematiksel modeli ortaya konmuştur.Oluşturulan matematiksel model bir bilgisayar programında kodlanarak belirli şartlarda analizler gerçekleştirilmiştir. Analiz sonuçları literatürdeki deneysel ve teorik çalışmalarla karşılaştırılarak oluşturulan modelin doğruluğu gösterilmiştir.Sistemden alınan net güç, I.kanun verimi, ekserji verimi, ekserji kaybı ve ekserji çıktısı performans kriterleri olarak dikkate alınmıştır.

In this study, an energy production system developed from integration of a fuel cell system and a gasification system has been modeled. Effect of various operating and design parameters on system performance has been analyzed. Dealing with components separately which are composing Integrated gasifier-SOFC system, zero dimensional equilibrium model has been created which is based on thermodynamic, chemical and electrochemical processes for every component. In this context, biomass gasifier component which produces syngas that will be used as a fuel in SOFC has been modeled primarily. Then, electrochemical model of SOFC whose fuel is a gas mixture obtained by gasifier has been modeled. Lastly, mathematical model of integrated gasifier-KOYH system which also includes heat exchanger and compressors has been produced.By encoding in a computer program, mathematical model has been analyzed under specific conditions. Accuracy of model has been demonstrated by comparing results of analysis with experimental and theoretic studies in literature.Net power, first law efficiency, exergy efficiency, exergy destruction and exergy output have been considered as the performance criteria.