طراحي، تحليل ترموديناميكي، اقتصادي، زيست محيطي و بهينه سازي سيكل هيبريدي پيل سوختي اكسيد جامد، توربوشفت و موتور استرلينگ

كارشناسي ارشد

در اين پايان نامه، يك چرخه تركيبي توليد توان از تركيب پيل سوختي اكسيد جامد، توربوشفت و موتور استرلينگ طراحي؛ تحليل و بهينه سازي شده است. در طراحي اين سيكل، از گرماي گازهاي خروجي پيل سوختي براي افزايش دماي هواي ورودي به محفظه احتراق استفاده شده است كه اين امر باعث افزايش راندمان مجموعه مي شود. همچنين، جهت جلوگيري از اتلاف گرماي خروجي از توربوشفت، در خروجي آن يك موتور استرلينگ نوع آلفا تعبيه شده است. به اين ترتيب؛ گرماي گازهاي خروجي توربوشفت براي تامين گرماي سيلندر گرم موتور استرلينگ استفاده شده است. در سيلندر سرد موتور استرلينگ نيز، براي پايين نگه داشتن دماي سرد موتور از يك جريان آب استفاده شده كه به اين ترتيب از چرخه مي توان آب گرم مصرفي نيز دريافت كرد. سه مدل انرژي، اقتصادي و زيست محيطي سيكل تركيبي پيشنهاد شده، شبيه سازي و اعتبار سنجي شده است. در ابتدا، به منظور بررسي و تحليل تاثير پارامترهاي طراحي بر عملكرد سيكل تركيبي، يك مطالعه پارامتري با انتخاب 7 پارامتر طراحي شامل نسبت هوا به سوخت در ورودي پيل سوختي، چگالي جريان الكتريكي پيل سوختي، ضريب مصرف سوخت پيل سوختي، نسبت سوخت به هواي توربوشفت، دور نسبي كمپرسور توربوشفت و نسبت دماي سرد به گرم موتور استرلينگ انجام شده است. تاثير اين پارامتر هاي طراحي، بر راندمان و توان الكتريكي، هزينه كل سالانه و همچنين ميزان كاهش آلاينده هاي جوي مانند CO2 و NOx بررسي شده است. سپس، عملكرد بهينه سيكل، در يك بهينه سازي دو هدفه با توابع هدف : حداكثر مقدار راندمان الكتريكي سيكل تركيبي پيشنهاد شده؛ و حداقل مقدار هزينه كل سالانه، تعيين شده است. منحني پرتوي حاصل از اين بهينه سازي رسم و نقطه بهينه نهايي با استفاده از روش TOPSIS انتخاب شده است. در اين نقطه، راندمان الكتريكي سيكل برابر با % 68 و هزينه كلي سالانه ي آن برابر با [〖10〗^6 $/year] 55.7 به دست آمده است. همچنين، با توجه به نتايج؛ سيكل پيشنهاد شده مي تواند نرخ انتشار گازهاي CO2 و NOx را نسبت به توربين گاز كنترل نشده؛ به ترتيب تا % 49.6 و %56.25 كاهش دهد. واژه‌هاي كليدي: سيكل تركيبي توليد توان، پيل سوختي اكسيد جامد، توربوشفت، موتور استرلينگ، بهينه سازي دو هدفه.

192939

دانشگاه علم و صنعت ايران

تبديل انرژي

دكتر سپهر صنايع