Modelowanie hybrydowych układów energetycznych bazujących na procesie gazyfikacji węgla

• Autorzy: Badyda K. , Kopecki J. , Milewski J.

Warianty tytułu

EN

Modelling of integrated gasification hybrid power systems

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Referat przedstawia, stworzony w środowisku HYSYS, nowatorski kod numeryczny pozwalający modelować i optymalizować hybrydowe układy energetyczne wykorzystujące proces gazyfikacji węgla. Wykorzystanie możliwości programu pozwoliło stworzyć szczegółowy model układu, w którym generowany gaz (ang. syngas) zasila wysokotemperaturowe ogniwo paliwowe typu SOFC. Model pozwala analizować pracę całego układu wspomnianego typu oraz także określić optymalne parametry poszczególnych podzespołów, tj. reaktora gazyfikującego, ogniwa paliwowego oraz turbiny gazowej. Autorzy wskazali wady i zalety proponowanego układu energetycznego oraz przedstawili uwzględnione w analizie zależności fizyko-chemiczne wraz z przyjętymi założeniami i uproszczeniami. Omówiona jednostka reprezentuje czyste źródło wytwórcze i stanowi interesujące perspektywnicze rozwiązanie energetyczne. W referacie zawarto wyniki analizy kombinowanego układu energetycznego bazującego na procesie gazyfikacji węgla, prowadzonej w Instytucie Techniki Cieplnej Politechniki Warszawskiej we współpracy z Colorado School of Mines Fuel Cell Center, USA.

EN

Paper presents the results of the novel numerical modelling tool created in HYSYS code, capable of opti-mizing hybrid power cycles based on a coal gasification. Software allowed creating robust model of a sys-tem in which generated through coal gasification syngas supplied high temperature fuel cell, namely SOFC. The developed tool allows determining the optimal design point as well to perform sensitivity analysis in order to investigate overall system efficiency change in respect to parameters changes. Authors pinpointed advantages and disadvantages of the proposed system and suggested possible improvements in the numerical tool development. Analyzed system represents clean energy sources and allows for reduction of the environmental burdens associated with electrical power generation. Presented work has been conducted in Institute of Heat Engineering, Warsaw University of Technology in cooperation with Fuel Cell Center, Colorado School of Mines, USA.

Słowa kluczowe

PL

gazyfikacja; ogniwa paliwowe; modelowanie; optymalizacja; hybrydowe układy energetyczne; SOFC

EN

SOFC; gasification; hybrid system; optimization; fuel cells; power generation

• Wydawca: KAPRINT
• Czasopismo: Rynek Energii
• Rocznik: 2010
• Tom: nr 3
• Strony: 74--79
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys.

Twórcy

autor

Badyda K.

autor

Kopecki J.

autor

Milewski J.

• Zakład Maszyn i Urządzeń Energetycznych Instytutu Techniki Cieplnej Politechniki Warszawskiej,

Bibliografia

• [1] Bedringas K.W. et al.: Exergy Analysis of Solid-Oxide Fuel Cell (SOFC) Systems. Energy vol. 22 (4), 1997, pp. 403-412, Elsevier Science Ltd.
• [2] Braun R.J.: Optimal Design and Operation of Solid Oxide Fuel Cell Systems for Small-scale Stationary Applications. Ph.D. dissertation at University of Wisconsin-Madison, 2002.
• [3] Chan S.H., Ho H.K. and Tian Y.: Modelling of simple hybrid solid oxide fuel cell and gas turbine power plant. Journal of Power Sources 109, 2002, p. 111-120, Elsevier Science Ltd.
• [4] Dijkstra J.W., Jansen D.: Novel concepts for CO2 capture. Energy vol. 29, 2004, pp. 1249-1257, Elsevier Science Ltd.
• [5] EG&G Technical Services, Inc.: Fuel Cell Handbook 7th edition. U. S. Department of Energy - Office of Fossil Energy, NETL, 2004.
• [6] Haines M.R.: Producing electrical energy from natural gas using a solid oxide fuel cell. Patent (WO 99/10945), 1999, pp. 1-14.
• [7] Harvey S.P. and Richter H.J.: Gas turbine cycles with solid oxide fuel cells. Part I: improved gas tur-bine power plant efficiency by use of recycled exhaust gases and fuel cell technology. Tans. ASME K. Energy Resour. Techno. 116, 1994, pp. 305-311.
• [8] Kakac S., Pramuanjaroenkij A., Zhou X. Y.: A review of numerical modeling of solid oxide fuel cells. International Journal of Hydrogen Energy vol. 32, 2007, pp. 761-786, Elsevier Science Ltd.
• [9] Kuchonthara P., Bhattacharya S. and Tsutsumi A.: Energy recuperation in solid oxide fuel cell (SOFC) and gas turbine (GT) combined system. Journal of Power Sources 117, 2003, pp. 7-13, Elsevier Science Ltd.
• [10] Kupecki J.: Integrated gasification SOFC hybrid power system. Instytut Techniki Cieplnej PW. Praca magisterska, 2009, str. 35-37.
• [11] Liese E., Ferrari M. et al.: Modeling of Combined SOFC and Turbine Power Systems. Springer Science and Business Media B.V., 2008.
• [12] Litle A.D.: Multi-fuel Reformers for Fuel Cell Used in Transportation. Phase 1 Final Report prepared for the U.S. DoE, 1994 , DOE/CE/50343-2.
• [13] Mench M.M.: Fuel Cell Engines. John Wiley & Sons, Inc, 2008.
• [14] Milewski J. and Miller A.: Influences of the Type and Thickness of Electrolyte on Solid Oxide Fuel
• [15] Cell Hybrid System Performance. Journal of Fuel Cell Science and Technology vol. 3, 2006, pp. 396–402, ASME.
• [16] Mortisuka H.: Hydrogen decomposed turbine systems for carbon dioxide recovery. Greenhouse Gas Control Technologies. Proceedings of the Fourth International Conference on Greenhouse Gas Control Technologies GHGT-4, 1998, Interlaken Switzerland.
• [17] Nowak W, Borsukiewicz-Gozdur A., Stachel A.A.: Ocena efektywności pracy hybrydowej elektrowni z ORC zasilanej parą wodną z kotła opalanego biomasą. Rynek Energii 2008, nr 5.
• [18] O’Hayre R. et al.: Fuel Cells Fundamentals. John Wiley & Sons, Inc, 2006.
• [19] Parise J.A.R. et at.: Fuel Cell and Cogeneration Journal of Fuel Cell Science and Technology vol. 5, 2008, Elsevier Science Ltd.
• [20] Song T.W.:Performance characteristics of a MW-class SOFC/GT hybrid system based on a commer-cially available gas turbine. Journal of Power Sources 158, 2006, pp. 361-367, Elsevier Science Ltd.
• [21] Srinivasan S.: Fuel Cell From Fundamentals to Applications. Springer Verlag. Energy vol. 32, 2006, pp. 761-786, Elsevier Science Ltd.