Modeling and analysis of a reversible solid oxide cell system
Tersinir katı oksit pili sisteminin modellenmesi ve analizi
- Tez No: 733048
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ALİ VOLKAN AKKAYA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Makine Mühendisliği, Energy, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Enerji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 162
Özet
Dünyanın yenilenebilir enerji kaynaklarına ve akıllı şebeke teknolojilerine daha çok önem vermesi ile birlikte, enerji depolama sistemleri geleceğin enerji sistemlerinin önemli bir parçası olacaktır. Enerji talebi ve arzı arasında bir aracı olarak görev yapan Tersinir Katı Oksit Hücre (TeKOH) sistemi, elektrokimyasal güçten gaza-gazdan güce dönüşüm sistemidir. Elektrik güç üretimi katı oksit yakıt hücresi (KOYH) modunda gerçekleşirken, gaz olarak enerji depolama elektroliz (KOEH) modu ile sağlanır. Bu çalışmada, bir TeKOH modülü ve diğer sistem bileşenlerinden (kompresörler, ısı değiştiricileri, depolama tankları gibi) oluşan küçük ölçekli bir TeKOH sistemi, elektrokimyasal ve termodinamik ilişkiler kullanılarak modellenmiştir. Bu model Engineering Equation Solver (EES) yazılımı ile kodlanarak, TeKOH modülünün ve sistemin analizi için kullanılmıştır. Hem hücrenin hem de modülün performansı literatür verileriyle doğrulanmıştır. TeKOH modülünün ve sistemin enerji ve ekserji analizleri, güç, enerji ve ekserji verimleri, ekserji yıkımı, gidiş-dönüş verimi ve ekserjetik performans katsayısı gibi performans ölçütleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, sisteme ait depolama maliyeti bir değere getirilmiş maliyet yöntemi ile belirlenmiş ve analiz edilmiştir. Son olarak, SPECO yöntemi kullanılarak TeKOH sisteminin ekserjo-ekonomik analizi gerçekleştirilmiştir. Tez kapsamında yapılan analizlerin temel sonuçları şu şekilde belirtilebilir. Yardımcı sistem bileşenlerinin ekstra güç tüketimi nedeniyle, TeKOH modülünün genel performansının sistemin genel performansından daha iyi olduğunu göstermektedir. Ayrıca, sistemin performansı sadece sistemin çalışma koşullarına değil, aynı zamanda TeKOH modülünün çalıştırma yöntemine ve sistemdeki reaktant gazın komposizyonuna da bağlı olduğu görülmüştür. KOEH modu (ekserji ve enerji verimleri sırasıyla %83 ve %78), hem enerji hem de ekserji performansları açısından KOYH modundan (ekserji ve enerji verimleri sırasıyla %68 ve %65) daha iyi performans göstermektedir ve TeKOH sistemi temel çalışma koşullarında % 51'lik bir gidiş-dönüş verimliliği sağlamaktadır. Bir değere getirilmiş enerji depolama maliyeti (32 sent/kWh) TeKOH sistemin geleneksel pil depolama teknolojileri ve akış pilleri ile rekabet edebileceğini göstermiştir. 13 sent/kWh depolama maliyeti ve 32 sent/kWh bir değere getirilmiş maliyeti ile, sistemin performans iyileştirmelerinden sonra büyük ölçekte basınçlı hava enerji depolama (BHED) sistemleriyle rekabet edebilme potansiyeli mevcuttur. Ekserjo-ekonomik analizleri, birim ekserji maliyetinin değerini etkileyen en önemli sistem bileşenlerin depolama tankları ve TeKOH modülünün olduğunu göstermiştir. KOEH çalışma modunun daha iyi bir ekserji performansına sahip olmasına rağmen, KOYH çalışma modunun KOEH çalışma modundan daha iyi bir ekserjo-ekonomik performansa sahip olduğu görülmüştür.
Özet (Çeviri)
Energy storage systems are an inevitable part of future energy systems with the world switching to renewable energy sources and smart grid technologies. A reversible solid oxide cell (ReSOC) system is an electrochemical power to gas to power system poised to serve as an intermediary between energy demand and supply. The power generation is the fuel cell (SOFC), and the power storage is the electrolysis (SOEC) mode. In this study, a small scale ReSOC system comprising of the ReSOC stack and balance of plant (BOP) components (such as compressor, heat exchangers, tanks, etc.) is modeled using the electrochemical and thermodynamic relations. Engineering Equation Solver (EES), a powerful tool for thermodynamic analysis by FChart is used for the modeling and analysis of the ReSOC system. The performance of both the cell and the stack were validated with literature data. The energy and exergy analysis of the stack and system was carried out using performance metrics such as power, energy and exergy efficiency, exergy destruction, roundtrip efficiency, and exergetic performance coefficient. The system was further analyzed at base case conditions using the Levelized cost of storage (LCOS) and storage cost method. The result of the analysis carried out in this thesis can be summarized as follows. The stack overall performance is better than the system overall performance primarily because of the extra power consumption by the BOP components. Furthermore, the performance of the system is not only dependent on the system operating condition but also on the method of operating the stack and the composition of the reactant gas in the system. The SOEC mode (83% and 78% exergy and energy efficiency, respectively) performs better than the SOFC mode (68% and 65% exergy and energy efficiency, respectively) both exergetically and energetically and the system had a roundtrip efficiency of 0.51 at the base case. The economic analysis results showed that for both storage cost and LCOS, the system considered in this study is competitive with conventional battery storage technologies and flow batteries. With a storage cost of 13 cents/kWh and LCOS of 32 cents/kWh, the system is expected to be competitive with large scale compressed air energy storage systems after performance improvements. Exergoeconomic analysis showed that the major drivers of the exergetic cost rates are the storage tanks and ReSOC stack capital costs. The SOFC mode of operation had a better exergoeconomic performance than the SOEC mode of operation despite the SOEC having a better exergy performance.
Benzer Tezler
- Akışkan yatak enerji depolama sistemi hesaplamalı akışkanlar dinamiği modellemesi
Fluidized bed energy storage system computational fluid dynamics modeling
MUHAMMED BAHADDİN KOCATAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÜNER ÇOLAK
- Deprem yükleri altındaki betonarme perdelerin doğrusal olmayan sonlu elemanlar yöntemi ile incelenmesi
Investigation of reinforced concrete shear walls under earthquake loads by nonlinear finite element method
HASAN YILMAZ
Doktora
Türkçe
2024
İnşaat MühendisliğiOndokuz Mayıs Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. VAROL KOÇ
- Yeni mono ve bis ftalosiyaninlerin sentezi ve özelliklerinin incelenmesi
Synthesis and investigation of properties of novel mono and bis phthalocyanines
GÜLŞAH GÜMRÜKÇÜ
- Bentonit destekli heteropoli asit katalizörlüğünde formik asit-n-Bütanol esterleşmesinin kinetik incelenmesi
Heteropoly acid supported on clay: An effective catalyst for esterification of formic acid with n-Butyl alcohol and kinetic modelling
ZEYNEP HİM
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Kimya MühendisliğiAnadolu ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET RIZA ALTIOKKA
- Dalgacık dönüşümü/bulanık mantık tabanlı enerji yönetim stratejisi kullanılarak yakıt hücresi/ultra-kapasitörlü hibrit taşıt sisteminin modellenmesi ve analizi
Modeling and analysis of fuel cell/ultra-capacitor hybrid vehicular system using wavelet transform/fuzzy logic based energy management strategy
OZAN ERDİNÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2008
Bilim ve TeknolojiYıldız Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET UZUNOĞLU