Thermodynamic Modelling and Performance of Combined Solid Oxide Fuel Cell and Gas Turbine Systems

University dissertation from Department of Heat and Power Engineering, Lund university

Author: Jens Pålsson; Lunds Universitet.; Lund University.; [2002]

Keywords: TEKNIK OCH TEKNOLOGIER; ENGINEERING AND TECHNOLOGY; vakuumteknik; vibrationer; akustik; Motors and propulsion systems; Motorer; framdrivningssystem; Gases; fluid dynamics; plasmas; plasma; hydraulik; Maskinteknik; vibration and acoustic engineering; hydraulics; vacuum technology; Modelling; Mechanical engineering; Solid oxide fuel cell; Hybrid system; Gaser; fluiddynamik;

Abstract: Popular Abstract in Swedish Fasoxidbränsleceller (eng. SOFC) är en keramisk bränslecellstyp som arbetar vid höga temperaturer. Genom att utnyttja energin hos avgaserna från en SOFC i en annan kraftvärmeprocess kan man erhålla ett s.k. hybridsystem som når höga verkningsgrader. Ett koncept som studerats i denna avhandling är en SOFC i kombination med en gasturbincykel (SOFC/GT). Eftersom bränslecellen är den mest effektiva av de två är också effektandelen därifrån störst. Dessa hybridsystem kommer troligtvis utnyttjas för småskalig el och värmeproduktion. Denna avhandling behandlar modellering av SOFC/GT system för att utröna deras uppförande och möjligheter att nå god prestanda. En ny modelleringsteknik har använts genom att införa en detaljerad bränslecellsmodell (utvecklad av Azra Selimovic) i ett processimuleringsprogram. Det framkom bl.a. att de parametrar som berör bränslecellen har störst inverkan på systemet. Olika systemkoncept har även studerats t.ex seriekoppling av flera mindre bränsleceller som leder till lägre kylluftbehov och bättre prestanda. Även miljömässiga aspekter har studerats som t.ex SOFC/GT system med biomassa som bränsle och SOFC system med fullständig eller partiell avskiljning av koldioxid. Generellt kan mycket goda miljödata från dessa system erhållas tack vare den elektrokemiska omvandlingen av bränslet. En studie av brännkammare anpassat för dessa system gav mycket låga NOx emissioner. Verkningsgraden för dessa system beror på hur stor bränslecell man kan tillåta för ett givet bränsleflöde. En relativt stor bränslecell leder till höga verkningsgrader men förmodligen höga kostnader. P.g.a viss osäkerhet i beräkningarna och det faktum att ingen fullständig optimering gjorts leder till att ingen exakt bestämning kan göras. Men en slutsats är att verkningsgrader upp emot 70 % kan erhållas men förmodligen är 60 % mer realistiskt med tanke på ekonomi för system och storlek och kostnad av komponenter.

  This dissertation MIGHT be available in PDF-format. Check this page to see if it is available for download.