Τροφοδοσία αιθανόλης ή φυσικού αερίου σε σύστημα παραγωγής ισχύος με χρήση κυψελών καυσίμου SOFC : εξεργειακή ανάλυση και βελτιστοποίηση

Abstract

Στην παρούσα μεταπτυχιακή εργασία πραγματοποιείται η εξεργειακή ανάλυση και βελτιστοποίηση ενός συστήματος παραγωγής ισχύος με χρήση κυψελών καυσίμου στερεού οξειδίου (SOFC) και τροφοδοσία δύο καυσίμων, της αιθανόλης και του φυσικού αερίου. Συγκεκριμένα, στο Κεφάλαιο 1 γίνεται σύντομη εισαγωγή σε περιβαλλοντικά θέματα, στην οικονομία του υδρογόνου και την ανάγκη χρήσης νέων εναλλακτικών συστημάτων μετατροπής ενέργειας, φιλικότερων προς το περιβάλλον, όπως των κυψελών καυσίμου. Στο Κεφάλαιο 2 πραγματοποιείται η ταξινόμηση των κυψελών καυσίμου ανάλογα με το είδος του ηλεκτρολύτη τους και τα χαρακτηριστικά λειτουργίας τους, ενώ παρατίθενται τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα τους. Επιπλέον, γίνεται σύντομη αναφορά στην παρούσα ανάπτυξη και τις εφαρμογές τους. Η εξεργειακή ανάλυση και βελτιστοποίηση του συστήματος επιτυγχάνεται βάσει των δύο νόμων της θερμοδυναμικής. Έτσι, στο Κεφάλαιο 3, παρουσιάζεται λεπτομερώς, το θεωρητικό υπόβαθρο που είναι απαραίτητο για την επιτέλεση της παρούσας εργασίας. Αναλυτικότερα, παρατίθενται οι δύο νόμοι και οι ορισμοί τους, καταγράφονται τα ισοζύγια εντροπίας και εξέργειας καθώς και οι σχέσεις υπολογισμού της απόδοσης λειτουργίας διάφορων υπομονάδων που απαρτίζουν το σύστημα παραγωγής ισχύος. Τέλος, πραγματοποιείται λεπτομερής προσέγγιση της θερμοδυναμικής των κυψελών καυσίμου. Στο Κεφάλαιο 4, περιγράφεται η εξεργειακή ανάλυση και βελτιστοποίηση του συστήματος παραγωγής ισχύος με χρήση κυψελών καυσίμου SOFC με τροφοδοσία αιθανόλης ή φυσικού αερίου. Αρχικά περιγράφεται το σύστημα και η τοπολογία του. Στη συνέχεια, παρουσιάζεται λεπτομερώς η διαδικασία που πρέπει να ακολουθηθεί για την ελαχιστοποίηση των ενεργειακών απωλειών του. Οι κυριότερες παράμετροι με βάση τις οποίες πραγματοποιείται η ανάλυση του είναι το εύρος της αναμόρφωσης του καυσίμου, ο συντελεστής αναμόρφωσης του καυσίμου και ο παράγοντας χρήσης του υδρογόνου. Ακολουθεί παρουσίαση των αποτελεσμάτων και σχολιασμός τους, ενώ τέλος, εξετάζονται διάφορες αλλαγές στην τοπολογία του συστήματος με σκοπό την περαιτέρω βελτιστοποίησή του.