Selection of a fuel processing method for SOFC-based micro-CHP system

• Autorzy: Kupecki, J. , Jewulski, J. , Badyda, K.

Warianty tytułu

PL

Dobór technologii przygotowania paliwa dla mikro-kogeneracyjnego układu z ogniwem SOFC

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

. Micro-scale CHP (Combined Heat and Power) system based on SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) was investigated. Operation principle of power unit with electrical power output of 0.7 - 3 kW fed by biogas is given. Authors present requirements for fuel processing for discussed unit. Three different technologies were analysed, namely CPOX (Catalytic Partial Oxidation), autothermal- and steam reforming. Advantages and dissadvantages of considered techniques are summarized and presented. Numerical modeling with ASPEN Plus engineering software was performed, and through calculations, steam reforming with recirculation of anode-depleted gases was pointed as a optimal fuel processing technology for the application. Preliminary configuration of the invesitgated power system achieved electrical efficiency of 38.8% with overall system efficiency of 67.8%. Analysed power unit is an example of highly efficient system for distributed energy generation.

PL

Jednostka generująca energię elektryczną i ciepło, oparta na wysokotemperaturowym ogniwie paliwowym o elektrolicie w postaci tlenków stałych, była obiektem analizy. Przedstawiona została zasada działania układu mikro, o mocy zainstalowanej 0,7-3 kW w różnych konfiguracjach. Analizie poddane zostały technicznie możliwe do realizacji układy przygotowania paliwa w wybranej aplikacji. Przedstawiono optymalne konfiguracje dla wybranych paliw, pozwalające osiągnąć najwyższą sprawność. Na podstawie dostępnej literatury oraz obliczeń w środowisku ASPEN Plus stwierdzono, iż proces reformingu parowego pozwoli uzyskać najlepsze parametry pracy dla jednostki zasilanej biogazem. Na podstawie wymagań i parametrów stworzony został model układu oraz określone zostały teoretyczne osiągi wstępnej konfiguracji. Praca poświęcona jest wysokosprawnym układom kogeneracyjnym małej skali w aspekcie generacji rozproszonej.

Słowa kluczowe

PL

SOFC; energetyka rozproszona; układ mikro CHP; modelowanie

EN

SOFC; micro-CHP; modeling; dispersed generation

• Czasopismo: Rynek Energii
• Rocznik: 2011
• Tom: Nr 6
• Strony: 157-162
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., fig., tab.

Twórcy

autor

Kupecki, J.

autor

Jewulski, J.

autor

Badyda, K.

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

Bibliografia

• [1] Aasberg-Petersen K., Christensen T.S., Dybkjær I., Sehested J., Østberg M., Coertzen R.M., Keyser M.J.: Synthesis Gas Production for FT Synthesis. Stud. Surf. Sci. Cat. 152, 258/405, 2004.
• [2] Ahmend S., Krumpelt M., Kumar R., Lee S.H.D., Carter J.D., Wilkenhoener R., Marshall C.: Catalytic partial oxidation reforming of hydrocarbon fuels. Argonne National Laboratory, CMT/CP96059, 1998.
• [3] Arsalis A., Nielsen M.P., Kær S.: Modeling and off-design performance of a 1kWe HT_PEMFC-based residential micro-CHP system for Danish single-family households. Energy 36 (2011), str. 993-1002.
• [4] Arteaga L.E., Peralta L.M., Kafarov V., Casas Y., Gonzales E.: Bioethanlo steam reforming for ecological syngs and electricity production using a fuel cell SOFC system, Chemical Engineering Journal, Volume 136 (2008), Issues 2-3, str. 256-266.
• [5] Barelli L., Bidini G., Gallorini F., Ottaviano A. An energetic-exergetic comparison between PEMFC and SOFC-based micro-CHP system. International Journal of Hydrogen Energy 36 (2011), str. 3206-3214.
• [6] Bedringås K.W., Ertesvåg I.S., Byggstøyl S., Magnussen B.F.: Exergy analysis of solid-oxide fuell-cell systems. Energy Vol. 22 (1997) No. 4, str. 403-412.
• [7] Budzianowski W., Chasiak I.: The expansion of biogas fuelled power plants in Germany during the 2001-2010 decade: Main sustainable conclusions for Poland. Journal of Power Technologies. Vol. 91 (2011), No. 2, str. 102-113.
• [8] Ivanov P.: Thermodynamic modeling of the power plant based on the SOFC with internal steam reforming of methane. Electrochimica Acta Vol. 52 (2007), Issue 12, str. 3921-3928.
• [9] Karvonen S.: Balance of Plant Modeling, 8th International Solid Oxide Fuel Cell Summer School: Modeling and Design, Viterbo, Italy, 2011.
• [10] Krist K., Gleason K.J.: SOFC-Based Residential Cogeneration Systems, Gas Reaserch Institute & TDA Reaserch Inc. 1999.
• [11] Ma L., Verelst H., Baron G.V.: Integrated high temperature gas cleaning: tar removal in biomass gasification with a catalytic filter, Catalysis Today 105 (2005), str. 729-734.
• [12] Nagel F.P., Schildhauer T.J., Biollaz S.M.A.: Biomass-integrated gasification fuel cell systems – Part 1: Definition of systems and technical analysis. International Journal of Hydrogen Energy 34 (2009), str. 6809-6825.
• [13] Piroonlerkgul P., Assabumrungrat S., Laosiripojana N., Adesina A. A.: Selection of appropriate fuel processor for biogas-fuelled SOFC system. Chemical Engineering Journal Vol. 140 (2008), str. 341 – 351.
• [14] Simell P., Kurkela E., Stahlberg P., Hepola J. Catalytic hot gas cleaning of gasification gas. Catalysis Today 27 (1996), str. 55-62.
• [15] Skowroński W.: Simulation of SOFC-based microcombined heat and power systems in residential applications. Praca magisterska, RES | The School for Renewable Energy Science, Islandia, 02.2011.
• [16] Souza M.M.V.M., Schmal M.: Autothermal reforming of methane over Pt/ZrO2/Al2O3 catalysts. Applied Catalysis A: General. Vol. 281 (2005), Issue 1-2, str. 19-24.
• [17] Steinberger-Wilckens R., Blum L.: Overview of the development of solid oxide fuel cells at Forschungszentrum Juelich. International Journal of Applied Ceramic Technology Volume: 476 (2006), Issue 3, str. 470-476.
• [18] Van heerle J., Marechal F., Leuenberger S., Membrez Y., Bucheli O., Favrat D.: Process flow model of solid oxide fuel cell system supplied with sewage biogas. Journal of Power Sources Vol. 131 (2004), str. 127 – 141.
• [19] Van heerle J., Membrez Y., Bucheli O.: Biogas as a fuel source for SOFC co-generators. Journal of Power Sources 127 (2004), str. 300-312.
• [20] Wang Y., Yoshiba F., Kawase M., Watanabe T.: Performance and effective kinetic model of methane steam reforming over Ni/YSZ anode of planar SOFC. International Journal of Hydrogen Energy Vol. 34 (2009), Issue 9, str. 3885-3893.
• [21] Zhu Y., Cai W., Wen C., Li Y.: Fuel ejectro design and simulation model for anodic recirculation SOFC system. Journal of Power Sources, Vol. 173 (2007), No. 1, str. 437-449.