Modeling of a solid oxide fuel cell and its integration with a biomass gasification System
Katı oksit yakıt pilinin modellenmesi ve biyokütle gazlaştırma sistemi ile entegrasyonu
- Tez No: 779852
- Danışmanlar: PROF. DR. CAN ÖZGÜR ÇOLPAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Makine Mühendisliği, Energy, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Dokuz Eylül Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Termodinamik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 112
Özet
Dünya nüfusunun artması ve fosil yakıtlara dayalı teknolojilerle sanayinin gelişmesiyle birlikte atmosfere salınan karbondioksit miktarını artırmaktadır. Bu durum, sera gazı etkilerinin oluşmasına ve sonuç olarak önemli bir küresel ısınma etkisine yol açar. Fosil yakıtların tükenmesi ve bunların kullanımına bağlı çevre sorunları, alternatif enerji kaynaklarına ve dönüşüm teknolojilerine doğru bir değişimin gerektiğini ifade etmektedir. Alternatif enerji dönüştürme teknolojilerinden biri olan yakıt pilleri, bir yakıtın (çoğunlukla hidrojen) kimyasal enerjisini elektriğe çeviren elektrokimyasal cihazlardır. Yakıt pilleri, köklü enerji üretim teknolojilerine kıyasla yüksek verimlilikleri ve daha düşük emisyonları nedeniyle son yıllarda büyük ilgi görmüştür. Bu tezde, reformat gaz karışımı ile beslenen anot geri dönüşümlü SOFC için yenilikçi bir 0 boyutlu matematiksel model geliştirilmiştir. Bu bağlamda, termodinamik ve elektrokimyasal olayları içerecek şekilde paralel devre yaklaşımı kullanılarak bir model geliştirilmiştir. Öte yandan, polarizasyon eğrisi elde etmek ve elektrokimyasal empedans spektroskopi yöntemi ile hücre direncini belirlemek için SOFC'ler üzerinde deneysel çalışmalar yapılmıştır. Ardından, hücre düzeyinde SOFC'nin mikro yapısını araştırmak için X-ışını kırınımı ve taramalı elektron mikroskobu analizleri yapılmıştır. Geliştirilen model, Danimarka Teknik Üniversitesi'nde yürütülen deneysel çalışmalarla doğrulanmıştır. Çalışma parametrelerinin SOFC'nin performansı üzerindeki etkisini değerlendirmek için parametrik çalışmalar yapılmıştır. Daha sonra geliştirilen yenilikçi yaklaşımlı model, sistemin performansını termodinamik açıdan değerlendirmek için biyokütle gazlaştırıcı modeli ile entegre edilmiştir. Buna ek olarak, entegre sistemin elektrik ve yakıt kullanım verimlerini en üst düzeye çıkarmak için entegre sistemin optimum çalışma parametrelerini Taguchi yöntemi yoluyla bir optimizasyon çalışması yapılmıştır. Sonuçlar, maksimum elektrik ve yakıt kullanım verimliliklerinin sırasıyla 0,1945 ve 0,6693 olduğunu göstermektedir. Taguchi yöntemi, gazlaştırıcının çalışma sıcaklığı ve üfleyicinin basınç oranı gibi baskın çalışma parametrelerini vermektedir.
Özet (Çeviri)
The growth of the world population and the development of industry based on technologies relying on fossil fuels increases the carbon dioxide emitted into the atmosphere. This leads to generating greenhouse gas effects and as a consequence a significant global warming effect. The depletion of fossil fuels and the environmental problems connected with their use implies a change towards alternative energy sources and conversion technologies. Fuel cells, one of the alternative energy conversion technologies, are electrochemical devices that convert the chemical energy of a fuel (mostly hydrogen) into electricity. Fuel cells have gained considerable attention in recent years due to their high efficiency and lower emissions compared to well-established power generation technologies. In this thesis, an innovative 0-D mathematical model for anode recirculated SOFC fed with reformate gas mixture was developed. In this regard, a mathematical model was conducted using the parallel circuit approach to include the thermodynamic and electrochemical phenomena. On the other hand, the experimental studies on the SOFCs were performed to obtain the polarization curve and to determine the cell resistance through the electrochemical impedance spectroscopy method. Then, X-ray diffraction and scanning electron microscopy analyses were conducted to investigate the microstructure of the SOFC at the cell level. The developed model was validated through experimental studies conducted at Technical University of Denmark. Parametric studies were performed to assess the effect of operating parameters on the performance of the SOFC. After that, the developed innovative model was integrated with the biomass gasifier model in order to assess the performance of the system thermodynamic point of view. In addition, an optimization study, which is namely Taguchi method, was performed to find the optimum operating parameters of the integrated system in order to maximize the electrical and fuel utilization efficiencies of the integrated system. The results show that the maximum electrical and fuel utilization efficiencies are 0.1945 and 0.6693, respectively. Taguchi method gives the dominant operating parameters as the operating temperature of the gasifier and pressure ratio of the blower.
Benzer Tezler
- PEM elektrolizörün sayısal modellemesi ve deneysel doğrulanması
Numerical modeling and experimental validation of PEM electrolyzer
SAFİYE NUR ÖZDEMİR
- Farklı interkonnektör tasarımı ve çalışma sıcaklıkları için düzlemsel katı oksit yakıt hücresinin sayısal olarak incelenmesi
Numerical investigation of the different interconnector design and operating temperatures on a planar solid oxide fuel cell
SÜLEYMAN ALTINDAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
EnerjiSüleyman Demirel ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BARIŞ GÜREL
- Performance anaylsis of an intermediate temperature solid oxide fuel cell
Orta sıcaklık katı oksit yakıt pili performans analizi
BORA TİMURKUTLUK
Yüksek Lisans
İngilizce
2007
EnerjiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. İLKER TARI
PROF. DR. MAHMUT D. MAT
- Mathematical modelling of a solid oxide fuel cell based micro cogeneration system for residential applications
Konut uygulamaları için katı oksit yakıt piline dayalı mikro kojenerasyon sisteminin matematiksel modellenmesi
MERVE ATILMIŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Makine MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CAN ÖZGÜR ÇOLPAN
- AB-initio modelling of oxygen reduction reaction on doped graphene surface in acidic media
Katkılanmış grafen yüzey üzerindeki oksijen indirgenmereaksiyonunun asidik ortamda AB-initio modellenmesi
HASAN OZAN AVCI
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ADEM TEKİN