تحلیل عملکرد خارج از طراحی سیستم ترکیبی توربین گاز–پیل سوختی اکسید جامد بر پایه شرایط بهینه‌

نوع مقاله : مقاله علمی

نویسنده
گروه مکانیک و هوافضا، واحد رامسر، دانشگاه آزاد اسلامی، رامسر، ایران
چکیده
عملکرد خارج از طراحی سیستم‌های ترکیبی توربین گاز–پیل سوختی به‌دلیل تغییر شرایط عملیاتی، یکی از چالش‌های اصلی در بهره‌برداری پایدار و بهینه این سامانه‌ها محسوب می‌شود. هدف این پژوهش، تعیین نقطه طراحی بهینه برای یک سیکل ترکیبی توربین گاز–پیل سوختی و بررسی رفتار آن در شرایط خارج از طراحی است تا میزان افت عملکرد و پایداری سیستم در بارهای مختلف مشخص گردد. به این منظور، ابتدا بهینه‌سازی چندهدفه با تمرکز بر بیشینه‌سازی راندمان حرارتی، راندمان اگزرژی و توان خالص انجام شد و نقطه بهینه به‌عنوان مرجع طراحی انتخاب گردید. نتایج نشان داد که در نقطه بهینه، راندمان حرارتی به حدود 65%، راندمان اگزرژی به حدود 57% و توان خالص به حدود 33/4 مگاوات می‌رسد. سپس عملکرد سیستم در شرایط خارج از طراحی با استفاده از نقشه عملکرد توربین گاز و با ثابت نگه داشتن پارامترهای بهینه پیل سوختی تحلیل شد. نتایج نشان می‌دهد که با کاهش سرعت دورانی به 50% مقدار نامی، راندمان اگزرژی به حدود 50% و توان خالص به حدود 62/2 مگاوات کاهش می‌یابد، در حالی که در نزدیکی دور نامی بیشترین بازده حاصل می‌شود. همچنین روند تغییرات توان و راندمان منطقی و بدون نوسان غیرواقعی باقی می‌ماند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Off-Design Performance Analysis of a Solid Oxide Fuel Cell–Gas Turbine Hybrid System Based on Optimal Design Conditions

نویسنده English

Hamoon Pourmirzaagha
Department of Mechanical and Aerospace Engineering, Ram.C. , Islamic Azad University, Ramsar, Iran
چکیده English

The off-design performance of gas turbine–fuel cell hybrid systems, resulting from variations in operational conditions, remains a major challenge for their stable and optimal operation. This study aims to identify the optimal design point of a gas turbine–fuel cell combined cycle and to evaluate its behavior under off-design conditions, thereby quantifying performance degradation and system stability at varying loads. To this end, a multi-objective optimization was conducted, focusing on maximizing thermal efficiency, exergetic efficiency, and net power output, and the optimal point was selected as the design reference. Results indicated that at the optimal point, the thermal efficiency reaches approximately 65%, the exergetic efficiency about 57%, and the net power output around 33.4 MW. Subsequently, the system's off-design performance was analyzed using the gas turbine performance map while maintaining the fuel cell parameters at their optimal values. Findings reveal that reducing the rotational speed to 50% of its nominal value decreases the exergetic efficiency to approximately 50% and the net power to about 62.2 MW, whereas the highest efficiency occurs near the nominal speed. Moreover, the variations in power and efficiency remain consistent and free of unrealistic fluctuations.

کلیدواژه‌ها English

Optimization
Gas Turbine
Fuel Cell
Off-Design
Performance Map

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 02 خرداد 1405

  • تاریخ دریافت 28 تیر 1404
  • تاریخ بازنگری 26 اردیبهشت 1405
  • تاریخ پذیرش 02 خرداد 1405
  • تاریخ اولین انتشار 02 خرداد 1405
  • تاریخ انتشار 02 خرداد 1405