Fuel Cell Cogeneration Application in Commercial Buildings: A Shopping Mall Example


BAŞYAZICI İ. U., Ağra Ö.

Tesisat Mühendisliği, no.197, pp.45-58, 2023 (Peer-Reviewed Journal) identifier

  • Publication Type: Article / Article
  • Publication Date: 2023
  • Journal Name: Tesisat Mühendisliği
  • Journal Indexes: TR DİZİN (ULAKBİM)
  • Page Numbers: pp.45-58
  • Yıldız Technical University Affiliated: Yes

Abstract

The widespread adoption of fuel cell technology in buildings has been brought back into agenda as a result of the transition to a hydrogen economy discussion. The development of stationary fuel cells for use in buildings have been progressing slowly in compared to other fuel cell applications. In this regard, the debate over the hydrogen economy can be seen as an opportunity for stationary fuel cell systems. In addition to producing hot water by using waste heat and cooling with absorption chillers, a large-scale fuel cell application may effi- ciently meet the electrical energy needs of any building. Therefore, fuel cell technology is a high-performance alternative for trigeneration, and cogeneration powered by diesel and gas fuels. Fuel cell emission levels are low comparing the emission figures to those of traditional gas-driven combined heat and power generation systems. If hydrogen is used as a fuel, elec- tricity can be produced with no emissions. Other advantages include the fact that fuel cells are quieter than conventional systems, that their efficiency is not constrained by Carnot efficiency, that their partial efficiency values are high, and that they may be designed in a modular ba- sis. In this study, the feasibility of phosphoric acid fuel cells (PAFC) in an existing shopping mall was evaluated by considering factors including initial installation, operating and main - tenance costs, efficiency, and technological limitations. It has been determined that a 400 kW PAFC’s Levelized Cost of Energy (LCOE) is 0.05 USD/kWh. Fuel cells have the potential to be a competitive and environmentally benign option in the present scenario, as seen by the 21.1% reduction in carbon emissions.
Hidrojen ekonomisine geçiş ile ilgili tartışmalar yakıt pili teknolojisinin binalarda kullanımının değerlendirilmesini de tekrar gündeme getirmiştir. Binalarda kullanılabilecek sabit yakıt pillerinin gelişimi diğer yakıt pili uygulamalarına kıyasla yavaş ilerlemektedir. Hidrojen ekonomisi tartışmaları bu anlamda büyük ölçekli yakıt pili sistemleri için bir fırsat olarak görülebilir. Büyük ölçekli bir yakıt pili uygulaması herhangi bir binanın elektrik enerjisi ihtiyacını yüksek verimde karşılayabildiği gibi atık ısıdan yararlanılması yoluyla sıcak su üretiminde ve absorpsiyonlu soğutma grupları ile soğutmada da kullanılabilir. Dolayısıyla yakıt pili teknolojisi dizel veya gaz tahrikli kojenerasyon ve trijenerasyon teknolojilerine yüksek performanslı bir alternatif oluşturur. Klasik gaz tahrikli bileşik ısı güç üretimi sistemlerine kıyasla emisyon değerleri oldukça düşüktür. Yakıt olarak hidrojen kullanılması halinde sıfır emisyonla elektrik enerjisi üretilebilir. Yakıt pillerinin işletme durumunda gürültü seviyelerinin klasik sistemlere oranla oldukça düşük olması, verimlerinin Carnot verimi ile sınırlı olmaması, yüksek kısmi verim değerleri, modüler tasarım imkânı belirtilmesi gereken diğer avantajlardır. Bu çalışmada ilk kurulum, işletme ve bakım maliyetleri, verim, teknolojik kısıtlar gibi değişkenler dikkate alınarak Fosforik Asit Yakıt Pillerin (FAYP) mevcut bir alışveriş merkezinde uygulanabilirliği değerlendirilmiş ve 400 kW kapasitesinde FAYP yakıt pili için Birime İndirgenmiş Elektrik Maliyeti (BİEM) 0,05 USD/kWh olarak bulunmuştur. Bu değer karbon salımındaki %21,1 mertebesindeki azalmada dikkate alındığında yakıt pillerinin günümüz koşullarında rekabetçi ve çevre dostu bir çözüm olabileceğini göstermektedir.