مدلسازی و تحلیل انرژی سیستم تولید همزمان برق و حرارت برای کاربردهای خانگی با استفاده از پیل سوختی
چکیده
امروزه مصرف انرژی الکتریکی به دلیل قابلیت استفاده آسان، و پر کاربرد بودن آن در اثر تغییر نحوه کارکرد سیستم ها، از مکانیکی به الکتریکی، افزایش چشم گیری یافته است. طی چند دهه اخیر که نگاه جوامع توسعه یافته به سوی حفاظت از محیط زیست معطوف شده است (برای مثال پیمان کیوتو) توسعه سیستمهای پیل سوختی پر بازده و کم آلاینده به شدت مورد توجه قرار گرفت. پیل های سوختی یکی از سیستم های تقریبا نو در تولید برق می باشند که به سرعت در حال توسعه می باشند. علاوه بر محگازهایه تولید توان بسیار گسترده (از 1 وات تا بیش از 10 مگاوات)، پیل های سوختی قابلیت هیبرید شدن با دیگر سیستم های تولید توان همچون نیروگاه های بخار و توربین های گاز را دارند. این امر موجب افزایش بهره وری انرژی و در نتیجه کاهش هزینه برق تولیدی و تولید آلاینده های محیطی می گردد. سیستم های هیبریدی مذکور در محگازهایه ی تولید توان گسترده ای ساخت و به بازار عرضه می شوند. بنابراین استفاده از این سیستم ها به عنوان منبع تامین الکتریسیته مصرفی ساختمان های مسکونی به صورت سیستم های مستقل از شبکه بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. خروجی سیستم هیبریدی پیل سوختی و توربین گاز به صورت جریان برق و گازهای داغ می باشد. در نتیجه می توان حرارت موجود در گازهای خروجی این سیستم ها را بازیافت کرد. در این تحقیق پیشنهاد بازیافت حرارت گازهای خروجی سیستم هیبریدی پیل سوختی- توربین گاز برای تامین بار سرمایشی یک ساختمان مسکونی ارائه می گردد. برای تامین بار سرمایشی می توان از چیلر جذبی استفاده کرد. منبع حرارتی چیلر جذبی بخار آب خواهد بود که توسط یک بویلر بازیاب (مبدل حرارتی) تامین می شود. مدل ترمودینامیکی و بررسی پارامتریک سیستم پیشنهادی مذکور در این تحقیق انجام می شود. در تحلیل پارامتریک این سیستم، تاثیر پارامترهای مهم طراحی و عملکرد همچون نسبت فشار کمپرسور، و دمای ورودی به توربین گاز بر روند عملکرد سیستم مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج نشان می دهند که افزایش نسبت فشار کمپرسور موجب افزایش توان الکتریکی سیستم هیبریدی می گردد. از طرف دیگر در اثر کاهش هوای خنک کن استک پیل سوختی، مقدار سرمایش تولیدی سیستم چیلر جذبی کاهش می یابد. دمای ورودی به توربین گاز، دیگر پارامتر مورد مطالعه، تاثیر مثبت و مستقیمی بر توان الکتریکی و میزان سرمایش تولیدی دارد. اما به دلیل افزایش مصرف سوخت، بازدهی قانون دوم کلی سیستم کاهش می یابد.