---

در این مقاله یک مدل گذرا برای آند پیل¬های سوختی اکسید جامد ارائه شده است که علاوه بر عملکرد پایا و رفتار گذرای آنها، طیف امپدانس الکتروشیمیایی را نیز شبیه سازی می¬کند. مدل ارائه شده انتقال جرم را با فرآیند الکتروشیمیایی کوپل می¬کند. از معادلات بقای ناویر- استوکس و بقای اجزاء به صورت یک بعدی برای مدلسازی انتقال گاز در کانال آند استفاده شده و برای مدلسازی فرآیند الکتروشیمیایی از معادله خطی استفاده گردیده است. جهت مدلسازی امپدانس الکتروشیمیایی به مجموعه معادلات گذرای مذکور تحریک سینوسی اعمال شده و پاسخ سیستم جهت محاسبه امپدانس استفاده گردیده است. به منظور حل مجموعه معادلات به دست آمده، یک کد عددی بر پایه روش حجم محدود توسعه یافته است. نتایج به دست آمده نشان می¬دهند که انتقال جرم در کانال آند منجر به ایجاد یک نیم دایره خازنی فرکانس پایین در نمودار نایکوئیست می¬گردد. همچنین تاثیر پارامترهای مختلف مانند افت ولتاژ، دما، سرعت و غلظت هیدروژن ورودی بر انتقال جرم و طیف امپدانس حاصل از آن بررسی گردیده و بر روی نتایج حاصله بحث شده است. نتایج شبیه¬سازی تطابق خوبی با نتایج منتشر شده دارند.

---

در مطالعه حاضر عملکرد یک پیل سوختی اکسید جامد تک‏محفظه‏ای از نوع هم‏صفحه‏ای با مخلوط متان-اکسیژن-نیتروژن تحت شرایط پایا بصورت عددی بررسی می‌شود. هندسه پیل دو بعدی در نظر گرفته می‏شود و ناحیه محاسباتی از محفظه گازی، الکترود آند، الکترود کاتد و الکترولیت تشکیل می‏شود. مخلوط اکسیژن-متان-نیتروژن به ترتیب با کسر جرمی اولیه ۷./۰، ۱۴/۰ و ۷۷/۰ به سمت پیل تغذیه می‏شود. تمامی خواص فیزیکی تابع دما درنظر گرفته می‏شود. معادلات غیرخطی کاملاً کوپل شده حاکم شامل معادلات بقاء جرم، اندازه حرکت، گونه شیمیایی و بار الکترونی و یونی می‏باشد که در یک نرم‏افزار تجارتی فرمول‏بندی شده و با استفاده از روش المان محدود حل می‏شوند. جهت نشان دادن صحت مدل، نتایج حاصل از مدل با نتایج یک مدل عددی مشابه مقایسه می‏گردد. در پایان تحلیل عملکرد پیل شامل توزیع سرعت، دما و غلظت تمامی گونه‏های گازی مورد بحث قرار می‏گیرد. نتایج نشان می‏دهد که ماکزیمم دما در سمت الکترود آند اتفاق می‏افتد که دلیل آن واکنش اکسایش متان است که به شدت گرماده می‏باشد. این مقدار افزایش دما ایجاده شده در پیل مزیتی می‏باشد تا دمای کاری پیل پایین‏تر آید. بعلاوه، نشان داده می‏شود که بخش زیادی از هیدروژن به صورت مصرف نشده از محفظه خارج می‏شود که یکی از عوامل اصلی کاهش عملکرد در این نوع از پیل می‏باشد.

---

امروزه استفاده از گـاز زیستی به‌علت محتوای متان، تجدیدپذیر بودن و ارزان قیمت بودن آن رو به افزایش است. پیل سوختی اکسیدجامد یکی از بهترین فناوری‌های تبدیل انرژی موجود جهت کار با گاز زیستی می‌باشد که از پتانسیل بالایی جهت اتصال با توربین گازی برخوردار است. در این مقاله سیستم ترکیبی پیل سوختی اکسیدجامد- توربین گاز با خوراک‌دهی توسط گاز زیستی، از جنبه‌های انرژی و اقتصادی مدلسازی شده است. جهت یافتن مقادیر بهینه پارامترهای طراحی سیستم ترکیبی، دو تابع هدف بیشینه-سازی بازده انرژی الکتریکی و کمینه سازی هزینه سرمایه‌گذاری کل سیستم در نظر گرفته شده است. در ابتدا هر یک از اجزای سیستم ترکیبی به صورت جداگانه مدلسازی و اعتبارسنجی شده است. سپس با استفاده از بهینه‌سازی چند هدفه (NSGII)، مقادیر بهینه پارامترهای طراحی سیستم ترکیبی محاسبه شده‌اند. نقطه بهینه نهایی با به-کارگیری روش بی‌بعدسازی اقلیدسی و روش تصمیم‌گیری لین‌مپ در نمودار بی‌تفاوتی بدست آمده است. در نقطه بهینه، بازده انرژی الکتریکی برابر ۶۶ درصد و هزینه کل سرمایه‌گذاری برابر ۱۷۵۲۲۷,۴ دلار می‌باشد که در این نقطه، هزینه همتراز شده انرژی الکتریکی ۶.۳ سنت به ازای هر کیلووات ساعت محاسبه شده است. در انتها نیز به-منظور تعیین اهمیت پارامترهای طراحی، با کمک روش تحلیل حساسیت سوبل میزان تاثیر هر یک از آن‌ها بر توابع هدف بررسی شده است. نتایج تحلیل حساسیت نشان می-دهد که نسبت تراکم کمپرسور دارای بیشترین تاثیر بر بازده انرژی الکتریکی سیستم و همچنین بازده ایزنتروپیک توربین و جریان پیل سوختی نیز دارای بیشترین تاثیر بر هزینه سرمایه‌گذاری کل سیستم می‌باشند.

---

اهمیت و تقاضای انرژی و آب باکیفیت بالا در سال‌های اخیر به‌طور قابل‌ملاحظه‌ای افزایش‌یافته است و این روند به‌شدت ادامه خواهد یافت. یکی از راه‌های حل معضل کمبود آب، شیرین‌سازی آب شور اقیانوس‌ها به روش حرارتی است و اگر حرارت مورد نیاز آن‌ها توسط هدر‌رفت حرارتی یک سیکل نیروگاه حرارتی تأمین شود، قابل رقابت با سایر روش‌ها است. در این مقاله، از سیکل‌ حرارتی ترکیبی پیل سوختی اکسید جامد و توربین گازی به‌عنوان تأمین‌کننده‌ی حرارت مورد نیاز، استفاده‌شده است. در اینجا، ترکیب ارائه شده از این دو سیستم به همراه سیستم آب‌شیرین‌کن حرارتی چند مرحله‌ای موجب کاهش مصرف انرژی، کاهش آلایندگی، کاهش هزینه‌های سرمایه‌گذاری و تعمیر و نگهداری و افزایش راندمان در مقایسه با سیستم‌های مستقل می‌باشد. تحلیل‌های اگزرژی و اقتصادی مجموعه سیستم ترکیبی توسط برنامه رایانه‌ای در EES صورت پذیرفت. نتایج تحلیل سیستم ترکیبی منجر به ارائه سیستمی با راندمان حرارتی و اگزرژی، ۶۰% و ۵۷% گردید. هزینه و درآمدهای موجود در سیستم تخمین زده‌شده و اثرات دو پارامتر مهم طراحی، یعنی دمای عملکرد و چگالی جریان پیل سوختی بر دو مشخصهی بازده اگزرژی و هزینهی تولید الکتریسیته مورد بررسی قرارگرفته است. سپس، قابلیت اطمینان و دسترسپذیری سیستمِ موردِ مطالعه به روش مارکوف به میزان ۰,۸۴۲ محاسبه شده است. پس از تحلیل قابلیت اطمینان و محاسبه دسترس پذیری می توان مشاهده کرد بازده اگزرژی و انرژی کاهش یافته و هزینهی تولید واحد الکتریسیته ۸.۸% افزایش مییابد.

---

در تحقیق حاضر، یک سیستم ترکیبی جدید، متشکل از گازساز زیست توده، لوله‌های حرارتی دما بالای سدیم و پیل سوختی اکسید جامد معرفی شده است. سیستم ترکیبی حاصل، به علت بازده و توان بالا به منظور تولید همزمان توان الکتریکی و حرارت مورد توجه قرار گرفته است. از ثابت‌های تعادل و قانون بقای جرم و انرژی برای مدل‌سازی سیستم استفاده شده و مدل‌سازی و تجزیه و تحلیل سیستم در نرم افزار EES انجام گرفته است. پس از حصول اطمینان از صحت مدل‌سازی انجام گرفته در تطابق با نتایج تجربی، اثر STBR گازساز، چگالی جریان، ضریب مصرف سوخت و دمای خروجی پیل سوختی به عنوان پارامترهای متغیر بر روی توان تولیدی و بازده کلی سیستم توسط روش رویه پاسخ بررسی گردید. نتایج تحلیل واریانس نشان داد که پارامترهای ضریب مصرف سوخت (با میزان تاثیرگذاری ۵۳%) و چگالی جریان (با میزان تاثیرگذاری ۳۳%) به ترتیب موثرترین پارامتر بر روی توان خروجی سیستم و بازده انرژی کلی می‌باشند. با افزایش دما، توان سیستم ترکیبی افزایش می‌یابد در حالیکه با افزایش ضریب مصرف سوخت، توان خروجی از سیستم رفتار افزایشی و سپس کاهشی دارد. همچنین افزایش دما و STBR سبب افزایش بازده کلی سیستم و افزایش چگالی جریان و ضریب مصرف سوخت موجب کاهش آن می‌شود. نتایج حاصله نشان داد که در بهینه‌ترین حالات با تنظیم صحیح پارامترهای موثر، توان خروجی سیستم و بازده کلی را می‌توان به ترتیب تا مقادیر ۳۰۰ kW و ۹۰% افزایش داد.

---

در این تحقیق، یک چرخه جدید تولید همزمان توان، سرمایش و گرمایش متشکل از پیل سوختی اکسید جامد، توربین گاز، مولد بخار بازیافت حرارت، چرخه تبرید جذبی گکس و مبادله‌کن گرمای بازیافت حرارت از دیدگاه ترمودینامیکی و اقتصادی مورد مطالعه قرار گرفته است. مدل‌سازی این چرخه از طریق حل همزمان معادلات الکتروشیمیایی و ترمودینامیکی اجزاء و روابط اگزرژی – اقتصادی صورت گرفته است. نتایج بدست آمده بیانگر آن است که اگزرژی کل چرخه ترکیبی پیشنهادی ۱۴,۹% بیشتر و نرخ بازگشت‌ناپذیری این چرخه ۱۰.۶% کمتر از چرخه ترکیبی پیل سوختی- توربین گازی – چرخه گکس، در شرایط مشابه می‌باشد. همچنین، پیل سوختی و پس‌سوز بدلیل بازگشت ناپذیری‌ها، بیشترین نرخ تخریب اگزرژی را در بین اجزاء دارند. با توجه به نتایج اگزرژی اقتصادی، به ازای شرایط مشخص، مجموع هزینه واحد اگزرژی محصولات، ضریب اگزرژواکونومیکی، نرخ هزینه خرید کل تجهیزات چرخه و نرخ هزینه تخریب اگزرژی کل سیستم به ترتیب ۳۳۱.۱ دلار بر گیگا ژول، ۲۹.۳%، ۱۰.۴۷ دلار بر ساعت و ۲۵.۳۲ دلار بر ساعت بدست آمد. مطالعات پارامتری نشان داد که افزایش چگالی جریان موجب افزایش توان خالص خروجی، ظرفیت گرمایی مولد بخار بازیافت حرارت، برودت تولیدی، ظرفیت گرمایی مبادله‌کن بازیافت حرارت و بازگشت‌ناپذیری کل چرخه می‌گردد. همچنین با افزایش چگالی جریان، بازده اگزرژی و مجموع هزینه واحد اگزرژی محصولات کاهش پیدا می‌کنند.

---