Erimiş karbonat yakıt pilinin optimizasyonu
Optimisation of molten carbonate fuel cell
Yazar: ELVAN DEMİRYÜREK
Danışman: DOÇ. DR. YILDIZ KOÇ ; DR. ÖZKAN KÖSE
İskenderun Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Enerji üretiminde kullanılan geleneksel yöntemlerin yol açtığı yüksek enerji kayıpları ve çevresel sorunlar, daha sürdürülebilir ve verimli teknolojilerin geliştirilmesini gerektirmektedir. Bu çalışma, gaz türbini (GT), doğrudan dahili reformerli erimiş karbonatlı yakıt pili (DIR-MCFC) ve Rankine çevrimini (RC) birleştiren GT/DIR-MCFC/RC kombine çevrim sisteminin tasarımını ve performansını incelemektedir. DIR-MCFC'ler, fosil yakıtları yüksek sıcaklıklarda doğrudan reformlayarak enerji dönüşümünde yüksek verimlilik sunmakta ve gaz türbini çıkışındaki atık ısı ve gazı yeniden değerlendirerek enerji kaybını minimuma indirmektedir. Sistemin performansı, bağımsız bir DIR-MCFC'nin analiz edilmesiyle başlayıp, Rankine çevriminin entegre edilmesiyle tamamlanan detaylı bir optimizasyon süreciyle ölçülmüştür.
GT/DIR-MCFC sisteminde maksimum enerji verimliliği %34,03 olarak belirlenmişken, Rankine çevrimi entegrasyonu ile bu oran %54,38'e çıkarılmıştır. Ayrıca, sistemin egzoz gazı sıcaklığı 632,29°C'den 115,12°C'ye düşürülerek atık ısının verimli bir şekilde geri kazanılması sağlanmıştır. GT/DIR-MCFC/RC sistemi, %54,38 enerji verimliliği ve %52,09 ekserji verimliliğiyle enerji dönüşümünde üstün performans sergilerken karbon salınımını azaltma konusundaki başarısıyla sürdürülebilir enerji üretimi için güçlü bir seçenek olarak öne çıkmaktadır. Bu çalışma sonucunda elde edilen veriler, gelecekteki enerji üretim teknolojilerinin hem çevresel etkilerini azaltmada hem de enerji verimliliğini artırmada yol gösterici bir kaynak sunmaktadır.

Abstract:
The high energy losses and environmental issues caused by conventional methods used in energy production necessitate the development of more sustainable and efficient technologies. This study examines the design and performance of a combined cycle system integrating a gas turbine (GT), a direct internal reforming molten carbonate fuel cell (DIR-MCFC), and a Rankine cycle (RC), referred to as the GT/DIR-MCFC/RC combined cycle system. DIR-MCFCs offer high efficiency in energy conversion by directly reforming fossil fuels at high temperatures and minimizing energy losses by reutilizing the waste heat and gases from the gas turbine exhaust. The performance of the system was evaluated through a detailed optimization process, beginning with the analysis of a standalone DIR-MCFC and concluding with the integration of the Rankine cycle.
The maximum energy efficiency of the GT/DIR-MCFC system was determined to be 34.03%, which increased to 54.38% with the integration of the Rankine cycle. Furthermore, the exhaust gas temperature of the system was reduced from 632.29°C to 115.12°C, enabling efficient recovery of waste heat. With an energy efficiency of 54.38% and an exergy efficiency of 52.09%, the GT/DIR-MCFC/RC system demonstrates exceptional performance in energy conversion and stands out as a strong candidate for sustainable energy production due to its success in reducing carbon emissions. The data obtained from this study provide valuable insights for future energy production technologies, offering guidance in reducing environmental impacts while enhancing energy efficiency.