رفع كفاءة نموذج منظومة التوربين الغازي بدمجه مع خلية الوقود ذات الغشاء البروتوني
الكلمات المفتاحية:
خلية الوقود ذات الغشاء البروتوني، منظومة التوربين الغازي، الإصلاح البخاري، الهيدروجين.الملخص
الملخص
إن ارتفاع درجة حرارة الهواء صيفاً من ضمن الأسباب المؤدية لهبوط القدرة الإنتاجية وبالتالي انخفاض الكفاءة لمنظومة التوربين الغازي لذا فالباحثون يسعون لإيجاد حلول فعالة للتقليل من هذه المشكلة. في هذه الورقة تم تقديم حل واعد للتقليل من هذا التأثير على أداء المنظومة الغازية وذلك بدمج منظومة التوربين الغازي مع منظومة خلية الوقود ذات الغشاء البروتوني ليشكلا معا نظام هجين أطلق عليه اسم (منظومة أويا). حيث تم تصميم نموذج لمنظومة توربين غازي هجين مع خلية وقود ذات الغشاء البروتوني باستخدام البرنامج العالمي (Aspen Plus). كما تم الاعتماد على منهجية التحليل الرياضي لحل المعادلات الرياضية والهندسية باستخدام برنامج المحاكاة (EES). هذه المنهجيات مجتمعة تسهم في تحقيق تقييم شامل وموثوق للنظام الهجين المقترح. تهدف هذه الدراسة إلى تعزيز كفاءة منظومة التوربينات الغازية، خصوصًا في ظل ارتفاع درجات حرارة المحيط. حيث أظهرت النتائج زيادة ملحوظة في الكفاءة، حيث ارتفعت من 37.97% إلى 43.06% عند درجة حرارة محيط تبلغ 10 درجات مئوية (خلال فصل الشتاء)، ومن 31.98% إلى 40.33% عند درجة حرارة محيط 40 درجة مئوية (خلال فصل الصيف). يُعَدّ هذا التحسن في الكفاءة، الذي يتراوح بين 5.09% في الشتاء و8.35% في الصيف، إنجازًا بارزًا يتماشى مع الأهداف المرجوة من منظومة أويا.
Abstract
The rise in air temperature during summer is among the factors leading to a decline in productivity and, consequently, a decrease in the efficiency of gas turbine systems. Therefore, researchers are seeking effective solutions to mitigate this issue. This paper presents a promising solution to reduce this impact on the performance of gas systems by integrating a gas turbine system with a proton exchange membrane fuel cell, together forming a hybrid system referred to as the "Oya System." A model for the hybrid gas turbine system combined with a proton exchange membrane fuel cell was designed using the global software Aspen Plus. Additionally, a mathematical analysis methodology was employed to solve the mathematical and engineering equations using the EES simulation program. These combined methodologies contribute to a comprehensive and reliable evaluation of the proposed hybrid system. The study aims to enhance the efficiency of gas turbine systems, especially in the context of rising ambient temperatures. The results demonstrated a significant increase in efficiency, from 37.97% to 43.06% at an ambient temperature of 10 degrees Celsius (during winter), and from 31.98% to 40.33% at an ambient temperature of 40 degrees Celsius (during summer). This improvement in efficiency, ranging from 5.09% in winter to 8.35% in summer, is a notable achievement that aligns with the objectives of the Oya System.
