Katı oksit yakıt hücreli enerji üretim sistemlerinin alternatif kriterlere göre performans analizi

Abstract

Katı oksit yakıt hücreli enerji üretim sistemleri, konvansiyonel sistemlere göre daha verimli ve çevresel açıdan daha duyarlı olmaları nedeni ile 21. yy'ın enerji üretim sistemleri olarak öngörülmektedir. Bu yeni teknolojiye dayanan enerji üretim sistemlerinin performans karakteristiklerini araştırmanın ve geliştirmenin en kolay, ucuz ve etkin yolu modelleme ve simülasyon çalışması yapmaktır.Bu çalışma, katı oksit yakıt hücreli enerji üretim sistemlerinin performanslarını ve bu performanslar üzerinde çeşitli işletme ve dizayn parametrelerinin etkisini analiz etmeye imkan tanıyan termodinamik modeller oluşturmayı amaçlamaktadır. Katı oksit yakıt hücreli enerji üretim sistemlerini oluşturan komponentler ayrı ayrı ele alınmış ve elektrokimyasal, kimyasal ve termodinamik prosesler göz önünde bulundurularak matematiksel modelleri oluşturulmuştur. Öncelikle çalışmanın temelini oluşturan tüpsel bir katı oksit yakıt hücresinin ohmik, aktivasyon ve konsantrasyon polarizasyonlarını içeren elektrokimyasal model sunulmuştur. Daha sonra metanı hidrojene dönüştürebilen katı oksit yakıt hücre modülü geliştirilmiştir. Çeşitli komponentlerin (reküperatör, gaz türbini, atık ısı kazanı) katı oksit yakıt hücre modülüne entegresi ile ısı ve elektrik üretimi yapabilen farklı sistemler tasarlanmış ve matematiksel olarak modellenmiştir.Sistem konfügürasyonları bir bilgisayar yazılım programında kodlanarak bilgisayar modelleri oluşturulmuş ve verilen belirli şartlarda simülasyonları gerçekleştirilmiştir. Simülasyon sonuçları literatürdeki deneysel veriler ile karşılaştırılarak geliştirilen modellerin güvenirlikleri gösterilmiştir. Net güç çıktısı, I. kanun verimi, ekserji çıktısı, ekserji kaybı, ekserji verimi gibi kriterler sistemlerin performanslarını değerlendirmek için kullanılmıştır. Ayrıca, ekserjitik performans katsayısı olarak adlandırılan ve birim ekserji kaybı başına elde edilen toplam ekserji değerini ifade eden yeni bir kriter, oluşturulan yakıt hücreli sistemlerinin performanslarını değerlendirmek için uygulanmıştır.Sonuç olarak, tasarlanan modeller sayesinde katı oksit yakıt hücreli enerji üretim sistemleri alternatif performans kriterlerine dayalı olarak değerlendirilebilmekte, enerjitik ve ekserjitik açıdan en uygun işletme ve dizayn parametrelerinin belirlenmesinde bir açılım sağlanabilmektedir.