Analyse thermodynamique du système de cogénération SOFC au gaz naturel couplé à une pompe à chaleur

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摘要

【Objectif】 Pour améliorer l'efficacité énergétique et la performance globale du système de cogénération, et résoudre le problème de faible rendement thermique et (rendement thermique et électrique) des systèmes traditionnels, un nouveau système de cogénération couplant une pile à combustible à oxyde solide (SOFC) et une pompe à chaleur à absorption au bromure de lithium a été proposé. 【Méthode】 Tout d'abord, un modèle d'analyse thermodynamique et économique du système a été construit. Le système utilise le SOFC pour une combustion enrichie en oxygène, les gaz de combustion à haute température sont successivement utilisés pour le préchauffage de l'air, du méthane, de l'eau et pour la production de vapeur, puis la vapeur produite entraîne la pompe à chaleur à absorption au bromure de lithium afin d'assurer le chauffage ; ensuite, une analyse de sensibilité des paramètres a été utilisée pour étudier l'influence de trois paramètres clés que sont le rapport eau/carbone, la température de fonctionnement du SOFC et le taux d'utilisation du combustible sur les performances du système. 【Résultats】 L'étude a montré qu'avec l'augmentation du rapport eau/carbone, l'efficacité de production électrique du SOFC et l'efficacité thermique du système diminuent, tandis que le coefficient de performance (COP) de la pompe à chaleur reste stable autour de 1,72 ; avec l'augmentation de la température de fonctionnement, l'efficacité de production électrique et l'efficacité thermique du système augmentent significativement ; avec l'augmentation du taux d'utilisation du combustible, l'efficacité de production électrique augmente, mais l'efficacité thermique du système diminue. Dans des conditions optimales avec un rapport eau/carbone de 2, une température de fonctionnement de 1000℃ et un taux d'utilisation du combustible de 0,85, l'efficacité de production électrique du système atteint 52%, le rendement (thermique et électrique) 56,6%, et le rendement thermique 100,54%. Par rapport au système de référence, l'efficacité thermique du système est améliorée de 20%, le rendement (thermique et électrique) de 2,6%, le coût actualisé de l'énergie efficace est de 0,1026 USD/(kW·h), et la période de récupération dynamique des investissements est de 8 ans. 【Conclusion】 Ce système couplé améliore significativement l'efficacité énergétique et les performances globales grâce à l'optimisation du mode d'utilisation en cascade de l'énergie, possédant une bonne économie et un potentiel d'application ingénierique. Les mécanismes d'influence des paramètres clés révélés dans cette étude peuvent fournir une base théorique pour l'optimisation de la conception et du contrôle opérationnel du système.

关键词

Pile à combustible à oxyde solide; pompe à chaleur à absorption au bromure de lithium; cogénération; évaluation de l'efficacité énergétique; période dynamique de récupération des investissements

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