Simulation and Comparison of Solid Oxide Fuel Cell Combined Power Cycle

การจำลองและเปรียบเทียบเซลล์เชื้อเพลิงออกไซด์แข็งร่วมกับวัฏจักรพลังงาน

Name: Kawin Simaviboon

keyword: Combined cycle

Abstract: Solid Oxide Fuel Cells (SOFC) have been considered in the last years as one of the most promising technologies for very high-efficiency electric energy generation from natural gas. Among the SOFC technologies, tubular SOFC stacks with internal reforming have emerged as one ofthe most mature technology, with a solid potential for a future commercialization. The power plant combined with SaFC operated at high operating condition ( f""oJ1OOO?C ). Because of their high temperature of operation, theexhaust gas has enough energy to exchange with heat recovery cycles in order to gain more power from combining to the power plant. In this thesis, a thermodynamic model of a tubular SOFC stack developed by user defined model ( USER2 ) in ASPEN Plus combined with the power cycles namely Rankine cycle, Brayton cycle, and Combined Brayton-Rankine cycle was proposed. The optimal operating condition of SOFC stack was investigated by varying fuel utilization factor, fuel flow rate and air flow rate at temperature 1173.15 K and 1273.15 K, respectively. These parameters were used to calculate current density, cell voltage, and total power. The results showed that fuel flow rate increased at fixed temperature and fuel utilization factor raises current density while the cell voltage decreases. The power produced from the fuel cell stack depends on the current and the cell voltage. Higher operating temperature at fixed fuel utilization factor gives higher power and efficiency of the fuel cell stack. On the other hand, higher fuel utilization factor at fixed operating temperature provides lower power and efficiency of-the fuel cell stack. Moreover, new SOFC model was created by using ASPEN Custom Modeler (ACM) and used in ASPEN Plus flow sheet instead ofUSER2 model since USER2 model did not supported in ASPEN Dynamics. The combinedcycle saFC power plant was simulated in ASPEN Plus. The net power and the efficiency of each cycle were compared in order to observe the potential of each cycle. The results showed that Rankine cycle produced lower power compared to the other cycles at the same conditions. The performance of combined Brayton-Rankine cycle was more than both Brayton cycle and Rankine cycle.

Abstract: ในปัจจุบันเซลล์เชื้อเพลิงออกไซด์แข็งถูกพิจารณาในฐานะที่เป็นเทคโนโลยีที่มีประสิทธิภาพสูงในการผลิตพลังงานไฟฟ้าจาก ก๊าซธรรมชาติ โดยเซลล์เชื้อเพลิงออกไซด์แข็งชนิดท่อแบบปฏิกิริยารีฟอร์มมิ่งภายในเทคโนโลยีที่มีความก้าวหน้ามากที่สุดที่มี ประสิทะภาพเชิงพาณิชย์ในอนาคต โรงงานจักรชนิดเซลล์เชื้อเพลิงแข็งดำเนินการที่อุณหภูมิสูงด้วย ซึ่งก๊าซนี้มีพลังงานเพียง พอที่จะทำการแลกเปลี่ยนกับวัฏจักรการนำความร้อนมาใช้ใหม่เพื่อให้ได้พลังงานมากขึ้น ในวิทยานิพนธ์นี้ได้ทำการจำลองโรง จักรด้วยเซลล์เชื้อเพลิงออกไซด์แข็งแบบท่อโดยใช้แบบจำลองชนิดผู้ใช้กำหนดในโปรแกรมแอสเพนพลัสร่วมกับวัฏจักรหมุน เวียนคือ วัฏจักรแรงคิน วัฏจักรเบรตัน และวัฏจักรผสมระหว่างเบรตัน-แรงคิน และได้ทำการกำหนดหาสภาวะการดำเนินการที่ดี ที่สุดของเซลล์เชื้อเพลิงออกไซด์แข็ง โดยการปรับเปลี่ยนค่าตัวแปร 3 ค่า ได้แก่ ปริมาณเชื้อเพลิงด้านแอโนด ปริมาณอากาสด้าน แคโทด และปริมาณการใช้เชื้อเพลิง ที่อุณหภูมิ 1173.15 เคลวิน และ 1273.15 เคลวิน เพื่อใช้ในการคำนวน ความเข้มข้นของกระ แสไฟฟ้าต่อพื้นที่แรงดันไฟฟ้าของเซลล์ และพลังงานรวมของระบบ จากการศึกษาพบว่าปริมารเชื้อเพลิงที่เพิ่มขึ้นส่งผลให้ความ เข้มข้นของกระแสไฟฟ้าต่อพื้นที่เพิ่มขึ้น ในขณะที่แรงดันไฟฟ้าของเซลล์ลดลง โดยพลังงานรวมของระบบคำนวนได้จากความ เข้มข้นของกระแสไฟฟ้าต่อพื้นที่และแรงดันไฟฟ้าของเซลล์ อย่างไรก็ตามอุณหภูมิในการดำเนินการที่เพิ่มขึ้นส่งผลให้พลังงาน และประสิทธิภาพของโรงจักรเพิ่มขึ้นด้วย ในทางตรงข้ามกัน ปริมาณการใช้เชื้อเพลิงที่เพิ่มขึ้นส่งผลให้พลังงานและประสิทธิ ภาพของโรงจักรลดลงนอแกจากนั้นได้ทำการสร้างแบบจำลองเซลล์เชื้อเพลิงออกไซด์แข็งโดยใช้โปรแกรมแอสเพนพลัสคัสตอม โมเดลเลอพื่อใช้ในการจำลองโรงจักรแบบพลศาสตร์ในโปรแกรมแอสเพนพลัส สุดท้ายได้ทำการเปรียบเทียบพลังงานโดยรวม และประสิทธิภาพของวัฏจักรหมุนเวียนเพื่อศึกษาวัฏจักรหมุนเวียนแต่ละประเภท จากการศึกษาพบว่า วัฏจักรแรงคินผลิตพลังงาน ได้น้อยที่สุดเมื่อเทียบกับวัฏจักรอื่นที่สภาวะเดียวกัน โดยประสิทะภาพของวัฏจักรผสมระหว่างเบรตัน-แรงคิน มากกว่าวัฏจักรแรงคิน และวัฏจักรเบรตัน

King Mongkut's University of Technology Thonburi. KMUTT Library.

Address: BANGKOK

Email: info.lib@mail.kmutt.ac.th

Name: Thongchai Srinophakun

Role: Advisor

Created: 2552-12-27

Modified: 2552-12-27

Issued: 2009-12-27

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

CallNumber: CHE1975

eng

DegreeName: Master of Engineering

Level: Master's Degree

Descipline: Chemical Engineering

Grantor: King Mongkut's University of Technology Thonburi

©copyrights King Mongkut's University of Technology Thonburi

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	CHE1975.pdf	2.09 MB	116	2024-12-02 13:27:02
2	CHE1975ab.pdf	94.25 KB	32	2020-11-12 14:18:05

ใช้เวลา

0.033084 วินาที