Sasmoko (2016) Analysis of Proton Conducting Solid Oxide Fuel Cell Hybrid Systems with Anode and Cathode Recycling. Magister thesis, Universitas Brawijaya.
Abstract
P-SOFC adalah jenis sel bahan bakar yang sesuai untuk diterapkan dalam sistem pembangkit listrik. P-SOFC dikombinasikan dengan MGT dan CHP untuk memanfaatkan hidrogen dan oksigen yang tidak bereaksi dari tumpukan. Beberapa parameter diperbaiki dengan menggunakan matlab / simulink seperti 50 sel, luas membran 0,1 m2. Fur rmore, tiga kasus, kasus 1, 2, dan 3, dianalisis, dan kasus terbaik, kasus 2, diinstal dengan daur ulang anoda dan katoda, untuk meningkatkan kinerja sistem. Beberapa parameter bervariasi untuk dianalisis seperti pemanfaatan bahan bakar, uap untuk bahan bakar, stoikiometri udara, dan stoikiometri bahan bakar. Dalam hal perbandingan, case 2 menunjukkan kinerja yang lebih baik daripada kasus 1 dan kasus 3, di mana pemasangan penukar panas bahan bakar sebelum reformer sangat dianjurkan untuk meningkatkan tingkat reaksi pada reformer. Suhu pengoperasian di setiap komponen dalam setiap kasus adalah perbedaan. Kasus 1 menghasilkan produksi hidrogen yang lebih tinggi daripada kasus 2 dan kasus 3 karena panas yang digunakan untuk memanaskan reformer jika lebih tinggi atau kasus, namun, daya dalam kasus 1 lebih rendah dari kasus 2 karena output panas dalam kasus 1 lebih rendah dari atau kasus. Bulu rend, hasil analisis exergy menunjukkan bahwa kasus 2 memiliki kehancuran eksergi yang lebih rendah (5,193 kW) daripada kasus 1 (6,170 kW) dan kasus 3 (6,635 kW), di mana pemasangan penukar panas dapat mengurangi kehancuran eksergi di sekitar 0,977 kW. Untuk hasil analisis parameter: Pertama, hasil pemanfaatan bahan bakar menunjukkan bahwa meningkatnya pemanfaatan bahan bakar dari 60% hingga 90% dapat meningkatkan output daya P-SOFC dari 3 kW hingga 3,9 kW karena tumpukan mengkonsumsi lebih banyak bahan bakar, output daya MGT berkurang dari 1,9 KW hingga 1,4 KW karena mengurangi bahan bakar yang tidak bereaksi dalam pembakaran. Efisiensi P-SOFC, sistem daya, dan CHP meningkat dari 45% menjadi 58%, 66% menjadi 73%, dan 72% menjadi 79%. Kedua, meningkatkan uap untuk bahan bakar dari 3 hingga 3.5 dapat meningkatkan output daya P-SOFC dari 3,7 kW hingga 3,8 kW karena meningkatnya produksi hidrogen dari 28,7 MMOL / S hingga 29,1 MMOL / s. Namun, meningkatkan rasio uap ke bahan bakar dari 3,5 hingga 5 dapat mengurangi output daya P. SOFC dari 3,8 kW hingga 3,4 kW karena pengenceran bahan bakar dalam reformer, dan mengurangi produksi hidrogen dari 26,9 mmol menjadi 26,9 mmol. Efisiensi P-SOFC, sistem daya, dan CHP berkurang dari 57% menjadi 52%, dari 72% menjadi 68%, dan 79% hingga 74%. Ketiga, meningkatkan stoikiometri udara dari 2 hingga 4 dapat mengurangi output daya P-SOFC dari 3,9 kW hingga 3,1 kW karena mengurangi produksi hidrogen dari 27,6 mmol / s hingga 27,2 mmol / s. Akibatnya, arus listrik P-SOFC berkurang dari 95,92 A hingga 94,54 A. Dalam Ano R Hand, output daya MGT meningkat dari 1,4 kW hingga 2,1 kW karena meningkatnya laju aliran massa dari 100 MMOL / S hingga 150 mmol / s, kompresor Daya juga meningkat dari 0,5 kW ke 1 kW. Efisiensi P-SOFC, sistem daya, dan CHP berkurang dari 58% menjadi 47%, dari 73% menjadi 65%, dan dari 79% menjadi 71%. Keempat, meningkatkan bahan bakar IV stoikiometri dari 1 hingga 1.3 dapat meningkatkan daya P-SOFC dari 3 kW hingga 4 kW karena meningkatnya produksi hidrogen dari 22 mmol / s hingga 33 mmol, di mana kembali daya p-sofc yang signifikan Output ketika stoikiometri bahan bakar ditetapkan dari 1.0 hingga 1.2, dan efisiensi P-SOFC meningkat dari 53% menjadi 58%. Namun, stoikiometri bahan bakar dari 1,2 hingga 1.3 dapat mengurangi efisiensi P-SOFC dari 58% menjadi 54% karena bahan bakar tidak seimbang dengan air dalam reformer. Akibatnya, produksi hidrogen hanya meningkat sedikit. Secara singkat, parameter optimal adalah pemanfaatan bahan bakar 83%, uap terhadap rasio bahan bakar 3, stoikiometri udara 2, dan stoikiometri bahan bakar 1.2. Terakhir, kombinasi antara daur ulang katoda dan daur ulang anoda menunjukkan kinerja yang menjanjikan, di mana efisiensi sistem daya meningkat hingga 6,81% karena meningkatnya produksi hidrogen, meningkatkan suhu operasi di setiap komponen, dan mengurangi pekerjaan kompresor.
English Abstract
p‒SOFC is an appropriate fuel cell type to be applied in power generating system. p‒SOFC is combined with MGT and CHP to utilize hydrogen and oxygen unreacted from stack. Some parameters are fixed by using Matlab / Simulink such as 50 cells, membrane area of 0.1 m2. Fur rmore, three cases, cases 1, 2, and 3, are analyzed, and best case, case 2, is installed with anode and cathode recycling, to increase system performance. Some parameters are varied to be analyzed such as fuel utilization, steam to fuel, air stoichiometry, and fuel stoichiometry. In case comparison, case 2 shows better performance than case 1 and case 3, where installation of a fuel heat exchanger before reformer is highly recommended in order to increase reaction rate in reformer. Operating temperature in each component in every case is difference. Case 1 produces higher hydrogen production than case 2 and case 3 due to heat used to heat reformer in case 1 is higher than o r cases, however, power in case 1 is lower than case 2 due to heat output of reformer in case 1 is lower than o r cases. Fur rmore, result of exergy analysis shows that case 2 has lower exergy destruction (5.193 kW) than case 1 (6.170 kW) and case 3 (6.635 kW), where installation of heat exchanger can decrease exergy destruction around 0.977 kW. For parameters analysis results: First, result of fuel utilization shows that increasing fuel utilization from 60 % to 90 % can increase p‒SOFC power output from 3 kW to 3.9 kW due to stack consumes more fuel, however, MGT power output decreases from 1.9 kW to 1.4 kW due to decreasing fuel unreacted in combustor. efficiency of p‒SOFC, power system, and CHP increases from 45 % to 58 %, 66 % to 73 %, and 72 % to 79 %, respectively. Second, increasing steam to fuel from 3 to 3.5 can increase p‒SOFC power output from 3.7 kW to 3.8 kW due to increasing hydrogen production from 28.7 mmol/s to 29.1 mmol/s. However, increasing steam to fuel ratio from 3.5 to 5 can decrease p‒SOFC power output from 3.8 kW to 3.4 kW due to fuel dilution in reformer, and decreasing hydrogen production from 29 mmol/s to 26.9 mmol/s. efficiency of p‒SOFC, power system, and CHP decreases from 57 % to 52 %, from 72 % to 68 %, and 79 % to 74 %, respectively. Third, increasing air stoichiometry from 2 to 4 can decrease p‒SOFC power output from 3.9 kW to 3.1 kW due to decreasing hydrogen production from 27.6 mmol/s to 27.2 mmol/s. Consequently, p‒SOFC electrical current decreases from 95.92 A to 94.54 A. In ano r hand, MGT power output increases from 1.4 kW to 2.1 kW due to increasing mass flow rate from 100 mmol/s to 150 mmol/s, however, compressor power also increases from 0.5 kW to 1 kW. efficiency of p‒SOFC, power system, and CHP decreases from 58 % to 47 %, from 73 % to 65 %, and from 79 % to 71 %, respectively. Fourth, increasing fuel IV stoichiometry from 1 to 1.3 can increase p‒SOFC power out from 3 kW to 4 kW due to increasing hydrogen production from 22 mmol/s to 33 mmol/s, where re is an increase significantly of p‒SOFC power output when fuel stoichiometry is set from 1.0 to 1.2, and p‒SOFC efficiency increases from 53 % to 58 %. However, fuel stoichiometry from 1.2 to 1.3 can decrease p‒SOFC efficiency from 58 % to 54 % due to fuel is not balance with water in reformer. Consequently, hydrogen production only increases slightly. Briefly, optimum parameters are fuel utilization of 83 %, steam to fuel ratio of 3, air stoichiometry of 2, and fuel stoichiometry of 1.2. last, Combination between cathode recycling and anode recycling shows promising performance, where power system efficiency increases up to 6.81 % due to increasing hydrogen production, increasing operating temperature in each component, and decreasing compressor work.
| Item Type: | Thesis (Magister) |
|---|---|
| Identification Number: | TES/621.312 429/SAS/a/2016/041607513 |
| Subjects: | 600 Technology (Applied sciences) > 621 Applied physics > 621.3 Electrical, magnetic, optical, communications, computer engineering; electronics, lighting |
| Divisions: | Fakultas Teknik > Teknik Mesin |
| Depositing User: | Budi Wahyono Wahyono |
| Date Deposited: | 23 Dec 2016 08:52 |
| Last Modified: | 23 Dec 2016 08:52 |
| URI: | http://repository.ub.ac.id/id/eprint/158639 |
Actions (login required)
 |
View Item |