Modeling and Analysis of a Reversible Solid Oxide Cell System
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Makine Fakültesi, Makine Müh.Bölümü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2021
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: MUIZ ADEKUNLE AGBAJE
Danışman: Ali Volkan Akkaya
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Dünyanın yenilenebilir enerji kaynaklarına ve akıllı şebeke teknolojilerine daha çok önem vermesi ile birlikte, enerji depolama sistemleri geleceğin enerji sistemlerinin önemli bir parçası olacaktır. Enerji talebi ve arzı arasında bir aracı olarak görev yapan Tersinir Katı Oksit Hücre (TeKOH) sistemi, elektrokimyasal güçten gaza-gazdan güce dönüşüm sistemidir. Elektrik güç üretimi katı oksit yakıt hücresi (KOYH) modunda gerçekleşirken, gaz olarak enerji depolama elektroliz (KOEH) modu ile sağlanır. Bu çalışmada, bir TeKOH modülü ve diğer sistem bileşenlerinden (kompresörler, ısı değiştiricileri, depolama tankları gibi) oluşan küçük ölçekli bir TeKOH sistemi, elektrokimyasal ve termodinamik ilişkiler kullanılarak modellenmiştir. Bu model Engineering Equation Solver (EES) yazılımı ile kodlanarak, TeKOH modülünün ve sistemin analizi için kullanılmıştır. Hem hücrenin hem de modülün performansı literatür verileriyle doğrulanmıştır. TeKOH modülünün ve sistemin enerji ve ekserji analizleri, güç, enerji ve ekserji verimleri, ekserji yıkımı, gidiş-dönüş verimi ve ekserjetik performans katsayısı gibi performans ölçütleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, sisteme ait depolama maliyeti bir değere getirilmiş maliyet yöntemi ile belirlenmiş ve analiz edilmiştir. Son olarak, SPECO yöntemi kullanılarak TeKOH sisteminin ekserjo-ekonomik analizi gerçekleştirilmiştir. Tez kapsamında yapılan analizlerin temel sonuçları şu şekilde belirtilebilir. Yardımcı sistem bileşenlerinin ekstra güç tüketimi nedeniyle, TeKOH modülünün genel performansının sistemin genel performansından daha iyi olduğunu göstermektedir. Ayrıca, sistemin performansı sadece sistemin çalışma koşullarına değil, aynı zamanda TeKOH modülünün çalıştırma yöntemine ve sistemdeki reaktant gazın komposizyonuna da bağlı olduğu görülmüştür. KOEH modu (ekserji ve enerji verimleri sırasıyla %83 ve %78), hem enerji hem de ekserji performansları açısından KOYH modundan (ekserji ve enerji verimleri sırasıyla %68 ve %65) daha iyi performans göstermektedir ve TeKOH sistemi temel çalışma koşullarında % 51'lik bir gidiş-dönüş verimliliği sağlamaktadır. Bir değere getirilmiş enerji depolama maliyeti (32 sent/kWh) TeKOH sistemin geleneksel pil depolama teknolojileri ve akış pilleri ile rekabet edebileceğini göstermiştir. 13 sent/kWh depolama maliyeti ve 32 sent/kWh bir değere getirilmiş maliyeti ile, sistemin performans iyileştirmelerinden sonra büyük ölçekte basınçlı hava enerji depolama (BHED) sistemleriyle rekabet edebilme potansiyeli mevcuttur. Ekserjo-ekonomik analizleri, birim ekserji maliyetinin değerini etkileyen en önemli sistem bileşenlerin depolama tankları ve TeKOH modülünün olduğunu göstermiştir. KOEH çalışma modunun daha iyi bir ekserji performansına sahip olmasına rağmen, KOYH çalışma modunun KOEH çalışma modundan daha iyi bir ekserjo-ekonomik performansa sahip olduğu görülmüştür.