Análisis termodinámico del sistema de cogeneración SOFC de gas natural acoplado con bomba de calor

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摘要

【Objetivo】 Para mejorar la eficiencia energética y el rendimiento integral del sistema de cogeneración, y resolver el problema de baja eficiencia térmica y (eficiencia térmica y eléctrica) de los sistemas tradicionales, se propuso un nuevo sistema de cogeneración que acopla una celda de combustible de óxido sólido (SOFC) con una bomba de calor de absorción de bromuro de litio. 【Método】 Primero, se construyó un modelo de análisis termodinámico y económico del sistema. El sistema utiliza SOFC para la combustión enriquecida con oxígeno, los gases de alta temperatura producidos se usan sucesivamente para el precalentamiento de aire, metano, agua y la producción de vapor, y el vapor producido impulsa la bomba de calor de absorción de bromuro de litio para proporcionar calefacción; luego, mediante análisis de sensibilidad de parámetros, se investigaron los efectos de tres parámetros clave del sistema, que son la relación agua-carbono, la temperatura de operación del SOFC y la eficiencia de utilización del combustible. 【Resultados】 Los resultados muestran que, con el aumento de la relación agua-carbono, la eficiencia de generación eléctrica del SOFC y la eficiencia térmica del sistema disminuyen, mientras que el coeficiente de rendimiento (COP) de la bomba de calor se mantiene estable alrededor de 1.72; con el aumento de la temperatura de operación, tanto la eficiencia de generación eléctrica como la térmica del sistema aumentan significativamente; con el aumento de la eficiencia de utilización del combustible, la eficiencia de generación eléctrica aumenta, pero la eficiencia térmica del sistema disminuye. Bajo condiciones óptimas con una relación agua-carbono de 2, temperatura de operación de 1000℃ y eficiencia de utilización del combustible de 0.85, la eficiencia de generación eléctrica del sistema alcanza el 52%, la eficiencia (térmica y eléctrica) 56.6% y la eficiencia térmica 100.54%. En comparación con el sistema de referencia, la eficiencia térmica del sistema aumentó un 20%, la eficiencia (térmica y eléctrica) un 2.6%, el costo nivelado de energía efectiva fue de 0.1026 USD/(kW·h), y el período dinámico de recuperación de la inversión fue de 8 años. 【Conclusión】 Este sistema acoplado mejora significativamente la eficiencia energética y el rendimiento integral al optimizar el modo de utilización en cascada de la energía, posee buena economía y potencial para aplicaciones de ingeniería. El mecanismo de influencia de los parámetros clave revelado en el estudio puede proporcionar una base teórica para la optimización del diseño y el control operativo del sistema.

关键词

Celda de combustible de óxido sólido; bomba de calor de absorción de bromuro de litio; cogeneración; evaluación de eficiencia energética; período dinámico de recuperación de inversión

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