الملخص
تعتبر خلايا الوقود مرتفعة درجة الحرارة (مثل خلية وقود الأكاسيد الصلبة وخلية وقود الكربونات المصهورة) مناسبة للغاية لتطبيقات توليد الطاقة الكهربائية. لقد تم معايرة وتقييم أداء نماذج خلايا الوقود المرتفعة درجة الحرارة بنوعيها، والتي تم تصميمها وإنشاءها في نموذج أسبين (Aspen customer modeller) ثم دمجت لتشكيل منظومة توليد الطاقة في.(Aspen Pluse TM) في هذه الورقة تم عرض ودراسة منظومة جديدة من وحدة توليد الطاقة ذات مرحلتين؛ الأولى تتكون من كومة من خلايا وقود الأكاسيد الصلبة والأخرى من الكربونات المصهورة تشكلان معا منظومة متكاملة. في هذه المنظومة المتكاملة يتدفق الوقود بالتوازي لمصعدي الكومتين من خلايا الوقود. وزيادة على ذلك فقد تمت دراسة تأثير حقن كمية من بخار الماء في التربين الغازي على كفاءة منظومة وحدة توليد الطاقة. وبعد تقييم ومقارنة أداء منظومة خلايا وقود ألأكاسيد الصلبة والمنظومة المحقونة بالبخار والمنظومة المتكاملة، أظهرت النتائج أن كفاءة المنظومة المتكاملة مقدارها 63.5 % . بينما كفاءة المنظومة المحقونة بالبخار مقدارها 54.4 % ومنظومة خلايا وقود ألأكاسيد الصلبة كفاءتها 51.8 %. أي بمعنى إن كفاءة المنظومة المتكاملة و المكونة من مرحلتين من خلايا الوقود أعلى بكثير من كفاءة وحدات توليد الطاقة ذات المرحلة الواحدة.
ABSTRACT
High temperature fuel cells such as the solid oxide fuel cell (SOFC) and the molten carbonate fuel cell (MCFC) are considered extremely suitable for electrical power plant application. Both SOFC and MCFC performances are evaluated using validated models that are built in Aspen customer modeler and integrated in Aspen Pluse TM. In this article, a new combined cycle consisting of two-staged SOFC and MCFC is proposed. In this combined cycle, the anode flows of the first and second stage fuel cell stacks are connected in parallel. Moreover, a steam injected gas turbine (STIG) cycle is considered in STIG-SOFC cycle. The performance of SOFC cycle, STIG-SOFC cycle, and combined cycle are evaluated and compared. The simulations result show that the net efficiency of the combined cycle is 63.5%. On the other hand, the net efficiency of STIG-SOFC and SOFC cycles are 54.4% and 51.8% respectively. In other words, the combined cycle with two-staged SOFC and MCFCs gives better net efficiency than the cycles with single- staged SOFC.
