Chłodzenie ogniwa paliwowego typu PAFC z wykorzystaniem układu z mokrymi i suchymi czynnikami obiegowymi Sławomir Wiśniewski. Wprowadzenie Wykorzystywanie węgla do produkcji energii elektrycznej w konwencjonalnych elektrowniach negatywnie wpływa na środowisko naturalne. To negatywne działanie wynika z faktu emisji do atmosfery CO 2, NOx i innych związków, które wydzielają się w trakcie spalania tego paliwa. Dodatkowo konwersja energii chemicznej zawartej w węglu w energię elektryczną w klasycznych elektrowniach odbywa się przy niezbyt wysokich sprawnościach (rzędu 35 40%), co dodatkowo przyczynia się do wzrostu emisji. Zauważalne w ostatnim czasie zmiany klimatyczne, będące skutkiem postępującej degradacji środowiska naturalnego, stały się bodźcem do wielokierunkowych działań, do których można zaliczyć poszukiwanie alternatywnych źródeł energii, ograniczanie emisji w istniejących układach, podwyższanie sprawności układów generujących energię elektryczną oraz wprowadzanie i rozwijanie nowych wysoko sprawnych instalacji energetycznych. Znalazło to również swoje odzwierciedlenie w wielu działaniach podejmowanych na szczeblu międzynarodowym na rzecz ochrony środowiska. Jako przykład można tu podać przyjęcie pakietu energetyczno-klimatycznego przez kraje Unii Europejskiej. W akcie tym zapisano cele związane ze zmniejszeniem emisji CO 2, zwiększeniem udziału energii odnawialnej w strukturze źródeł energii pierwotnej oraz zwiększeniem efektywności energetycznej, których osiągnięcie zakłada się na rok 2020. W świetle tych zapisów Polska do roku 2020 musi zwiększyć udział odnawialnych źródeł energii w strukturze źródeł energii pierwotnej do poziomu 5%. Według ostatnich danych Głównego Urzędu Statystycznego [] za rok 202 w Polsce udział odnawialnych nośników energii w ogólnym pozyskaniu energii pierwotnej wynosił,7%. Zgodnie z tymi samymi danymi, spośród odnawialnych nośników energii wykorzystywanych w Polsce ponad 90% udziału ma energia pochodząca z biomasy. W sektorze energetycznym wykorzystanie biomasy (zwłaszcza biomasy stałej) sprowadza się głównie do spalania w kotłach biomasowych (np. fluidalnych) i współspalania w instalacjach węglowych. Alternatywą dla takiego wykorzystania biomasy są instalacje zgazowania paliwa. Zgazowanie biomasy, czyli uzyskanie paliwa gazowego, zwiększa potencjalne możliwości jej wykorzystania. Wyprodukowany w ten sposób gaz można wykorzystać jako paliwo w układach turbin gazowych czy też nawet w układach ogniw paliwowych. Streszczenie: W niniejszym referacie przedstawione zostały zagadnienia związane z wykorzystaniem energii pochodzącej z chłodzenia ogniwa paliwowego typu PAFC do zasilania układu siłowni (Organic Rankine Cycle). W pracy przyjęto, że w siłowni realizowany jest podkrytyczny obieg Clausiusa- -Rankine a, a układ ogniwa paliwowego zasilany jest gazem pochodzącym ze zgazowania biomasy (układ zgazowania biomasy nie był analizowany). W analizie efektywności pracy układu uwzględniono między innymi następujące czynniki obiegowe z grupy tak zwanych czynników suchych: pentan, R236fa oraz z grupy czynników mokrych: metanol, etanol. W układzie z suchym czynnikiem obiegowym zastosowano wewnętrzną regenerację ciepła, a para doprowadzana do turbiny układu jest parą nasyconą suchą. W układzie z mokrym czynnikiem obiegowym zastosowano przegrzew pary doprowadzanej do turbiny tak, aby minimalny stopień suchości pary na wypływie z turbiny przy izentropowym rozprężaniu wynosił x = 0,95. Dla obu grup czynników obiegowych przyjęto temperaturę skraplania wynoszącą 30 C. Przeprowadzona analiza wykazała, że dla przyjętych założeń najkorzystniej wypadł układ z suchym czynnikiem obiegowym z zastosowaniem wewnętrznej regeneracji ciepła. Układ wykorzystujący ciepło chłodzenia ogniwa paliwowego pozwala na osiągnięcie 27% wzrostu mocy całego układu. Słowa kluczowe: siłownia, czynniki obiegowe, ogniwo paliwowe PAFC Abstract: In this paper are presented issues associated with the use of energy from cooling the fuel cell of the type PAFC to supply the gym (Organic Rankine Cycle). In this work it is assumed that in the gym is implemented subcritical flow Clausiusa-Rankine'a, A fuel cell system is powered by a gassource from gasification of biomass (biomass gasification system was not evaluated). 2. Układy zgazowania biomasy, ogniwa paliwowe podstawowe informacje Spośród instalacji zgazowania paliw przeważająca większość to instalacje, w których przeprowadzany jest proces zgazowania 28 Nr 9 Wrzesień 204 r.
paliw konwencjonalnych, takich jak ropa naftowa i węgiel [2]. Wymogi środowiskowe i rozwój technologii zgazowania paliw spowodowały większe zainteresowanie instalacjami zgazowywania biomasy. Wiele firm działających w tym obszarze oferuje już komercyjne instalacje zgazowania biomasy [3]. Instalacje zgazowania biomasy (i innych paliw) można podzielić w zależności od czynnika zgazowującego na reaktory, w których czynnikiem zgazowującym jest powietrze, tlen lub para wodna. Kolejnym kryterium podziału jest ciśnienie panujące w reaktorze. Ze względu na ten parametr instalacje zgazowania dzielimy na atmosferyczne i ciśnieniowe. Instalacje zgazowania dzielimy również ze względu na rodzaj konstrukcji generatora. Ze względu na to kryterium gazogeneratory dzielimy na te, w których zgazowanie zachodzi w złożach stałych (nieruchomych lub przesuwnych), w złożach fluidalnych oraz złożach strumieniowych [2, 4, 5]. Skład gazu będącego wynikiem zgazowania biomasy jest zależny od rodzaju czynnika zgazowującego, konstrukcji reaktora i parametrów procesu (temperatura zgazowania). W instalacji pracującej według technologii Blauner Turm [2] powstający gaz w ponad 50% zawiera wodór, 2% to CO, 6% CH 4, 25% CO 2. Ciągłe doskonalenie instalacji zgazowania biomasy oraz poprawa skuteczności układów oczyszczania gazu przyczyniają się do coraz większego zainteresowania tymi instalacjami. Zastosowanie czynnika zgazowującego w postaci pary wodnej wpływa na wysoką zawartość wodoru w produktach zgazowania biomasy. To sprawia, że gaz o dużej zawartości wodoru można wykorzystać do zasilania ogniwa paliwowego typu PAFC. Krótką charakterystykę ogniw paliwowych przedstawiono poniżej. Zasada działania ogniwa paliwowego polega na wytworzeniu różnicy potencjałów (napięcia) pomiędzy anodą i katodą, które rozdzielone są odpowiednim materiałem elektrolitem. Ze względu na rodzaj zastosowanego elektrolitu ogniwa dzielimy na [5, 6, 7]: ogniwa alkaiczne (AFC); zastosowany elektrolit to roztwór KOH; ogniwa z polimerową membraną (PEFC); elementem transportującym protony jest polimerowa membrana (np. polimery fluorowo-węglowe z dołączoną sulfonową grupą kwasową); ogniwa fosforowe (PAFC); elektrolitem w tym przypadku jest kwas fosforowy o dużym stężeniu; ogniwa węglanowe (MCFC); elektrolitem jest stopiona mieszanina węglanu litu i sodu (Li 2 CO 3 /Na 2 CO 3 ) lub litu i potasu (Li 2 CO 3 /K 2 CO 3 ); ogniwa tlenkowe (SOFC); elektrolitem jest warstwa ceramiczna z tlenku cyrkonu (ZrO 2 ), wzbogaconego itrem (Y 2 O 3 ). reklama Nr 9 Wrzesień 204 r. 29
Rys.. Schemat układu ogniwa paliwowego PAFC sprzężonego cieplnie z układem z mokrym czynnikiem obiegowym W rozpatrywanym przykładzie wzięto pod uwagę ogniwo PAFC z elektrolitem w postaci kwasu fosforowego. Zasada działania tego ogniwa polega na doprowadzeniu do anody wodoru (lub paliwa gazowego bogatego w wodór), a do katody tlenu [8] (lub powietrza), w wyniku czego dochodzi do następujących reakcji. Na anodzie: H 2 2H + + 2e, następnie produkty tej reakcji kierowane są do katody. Przy czym elektrony e przepływają zewnętrznym obwodem elektrycznym (generując napięcie), a jony H + przepływają przez elektrolit rozdzielający elektrody. Doprowadzenie do katody tlenu powoduje, że dochodzi tam do następującej reakcji: + O2 + 2H + 2e 2 H O. Z sumarycznej reakcji wynika, że w fosforowym ogniwie paliwowym dochodzi do utleniania wodoru, czyli dokładnie tak jak przy spalaniu tego paliwa w klasycznych układach. Różnica jest taka, że w trakcie reakcji zachodzących w ogniwie PAFC energia chemiczna paliwa przekształcana jest bezpośrednio w energię elektryczną oraz cieplną. Ogniwa paliwowe charakteryzują się niską emisją CO 2 oraz wysoką sprawnością wytwarzania energii elektrycznej. Technologie ogniw paliwowych są dość mocno rozwijane, a aktualne trendy ukierunkowane są na zastosowanie tych układów do celów energetycznych. Poza ogniwami paliwowymi typu PAFC aktualnie mocno rozwijane są pod kątem możliwych zastosowań w energetyce inne układy oparte na ogniwach wysokotemperaturowych MCFC i SOFC [ 9, 0, ]. W niniejszym referacie przeanalizowano możliwość wykorzystania energii cieplnej generowanej w ogniwie paliwowym typu PAFC do zasilania układu. W pracy założono, że analizowane ogniwo zasilane jest paliwem pochodzącym ze zgazowania biomasy. Ogniwo PAFC to ogniwo, w którym elektrolitem jest kwas fosforowy o wysokim stężeniu. Ze względu na przewodność tego elektrolitu oraz trwałość ogniwa optymalna temperatura pracy tego ogniwa wynosi 50 200 C [8, 2]. Czynnik chłodzący ogniwo o takiej temperaturze z powodzeniem można wykorzystać do zasilania układu. 2 3. Opis analizowanego układu Analiza przedstawiona w niniejszym referacie dotyczy układu wykorzystującego energię pochodzącą z chłodzenia ogniwa paliwowego typu PAFC. Sprzężenie cieplne układu z układem chłodzenia ogniwa odbywa się za pośrednictwem wymiennika ciepła W (rysunek i 2). W pracy przyjęto, że analizowane ogniwo paliwowe zasilane jest gazem z instalacji zgazowania biomasy. Sam układ zgazowania biomasy nie był analizowany, przyjęto, że taki układ istnieje, a produkowany strumień gazu w instalacji zgazowania biomasy jest wystarczający do zasilania układu ogniwa paliwowego. Uproszczone schematy analizowanych układów przedstawiono na rysunkach i 2. Rysunek dotyczy układu z mokrym czynnikiem obiegowym, natomiast rysunek 2 dotyczy układu z suchym czynnikiem obiegowym, w którym dodatkowo zastosowano wewnętrzną regenerację ciepła. W obu układach wykorzystywane jest to samo ogniwo paliwowe. Gaz z instalacji zgazowania biomasy, po przejściu przez układ przygotowania paliwa (np. reforming parowy) w celu zwiększenia zawartości wodoru, następnie kierowany jest do układu ogniwa paliwowego. W ogniwie paliwowym dochodzi do utleniania wodoru zgodnie z reakcjami przedstawionymi w drugim punkcie pracy. Kluczowym elementem układu ogniwa paliwowego, z punktu widzenia analizy prezentowanej w niniejszym referacie, jest system jego chłodzenia. Chłodzenie to realizowane jest za pomocą wody przepływającej przez ogniwo. Odbieranie ciepła od ogniwa odbywa się przy stałej temperaturze dzięki temu, że woda kierowana do ogniwa jest w stanie nasycenia, a ciepło generowane w ogniwie powoduje jej odparowanie. Dane dotyczące ogniwa paliwowego PAFC oraz jego systemu chłodzenia zaczerpnięto z pracy [3]. Zgodnie z tymi danymi temperatura wody chłodzącej doprowadzanej do ogniwa paliwowego wynosi t = 70 C, przy ciśnieniu p = 790,2 kpa. Strumień masowy wody chłodzącej przepływającej przez ogniwo paliwowe wynosi 387,32 kg/h. W układzie chłodzenia ogniwa paliwowego następuje 30 Nr 9 Wrzesień 204 r.
Rys. 2. Schemat układu ogniwa paliwowego PAFC sprzężonego cieplnie z układem z suchym czynnikiem obiegowym (z regeneracją ciepła) odparowanie wody, w wyniku czego z układu tego wyprowadzana jest para wodna o temperaturze t = 70,4 C i ciśnieniu p = 800,0 kpa, która następnie kierowana jest do separatora. Z separatora część pary doprowadzana jest do układu reformingu, natomiast pozostały strumień pary o parametrach t = 70 C, p = 792,0 kpa, w ilości 26,8 kg/h kierowany jest do wymiennika układu. W wymienniku układu, niezależnie od rodzaju czynnika obiegowego, następuje odbieranie energii od czynnika chłodzącego ogniwo, w wyniku czego dochodzi do wykroplenia pary wodnej doprowadzanej z separatora oraz przechłodzenia wykroplonej wody. Temperatura wody opuszczającej wymiennik siłowni, która kierowana jest następnie do separatora, wynosi T = 90 C. W przypadku siłowni z mokrym czynnikiem obiegowym (rysunek ) w wymienniku W następuje w kolejności podgrzanie tego czynnika od temperatury skraplania do temperatury parowania, następnie odparowanie oraz przegrzanie. Zatem para kierowana do turbiny, w przypadku tego układu, jest parą przegrzaną. Po rozprężeniu pary w turbinie kieruje się ją do skraplacza, skąd skroplony czynnik roboczy za pomocą pomy obiegowej przetłaczany jest ponownie do wymiennika ciepła W. W układzie przedstawionym na rysunku 2 z suchym czynnikiem obiegowym para opuszczająca wymiennik ciepła W kierowana do turbiny jest parą nasyconą suchą. Oznacza to, że w wymienniku W następuje jedynie podgrzanie i odparowanie czynnika obiegu. W przypadku czynników suchych proces ekspansji pary w turbinie przebiega w obszarze pary przegrzanej, co skutkuje tym, że na wypływie z turbiny para czynnika charakteryzuje się wyższą temperaturą od temperatury skraplania. Z tego względu przed skierowaniem do reklama Nr 9 Wrzesień 204 r. 3
skraplacza para czynnika kierowana jest w pierwszej kolejności do wymiennika regeneracyjnego WR. W wymienniku tym następuje podgrzanie cieczy czynnika obiegowego, opuszczającego skraplacz, przez parę przegrzaną kierowaną do tego wymiennika z turbiny. W obu przypadkach układu, zarówno dla czynników mokrych, jak i suchych, przyjęto, że temperatura skraplania czynnika obiegowego w skraplaczu wynosi 30 C. 4. Metodyka obliczeń W celu określenia podstawowych parametrów pracy siłowni (moc, sprawność) należy w pierwszej kolejności określić strumień czynnika roboczego krążącego w układzie tej siłowni. Strumień ten określono, wykorzystując równanie bilansu energii wymiennika ciepła W siłowni. Równanie to dla układu z mokrym czynnikiem obiegowym, przy pominięciu strat ciepła do otoczenia, przyjmuje następującą postać: ( h h ) = m ( h h ) m () cw cw cw2 W analogiczny sposób można zapisać równania bilansu energii dla wymiennika ciepła W w układzie z suchym czynnikiem obiegowym: ( h h ) = m ( h h ) m (2) cw cw cw2 4 4* l p = h h (5) 4s Moc obiegu Clausiusa-Rankine a w siłowni dla obu układów, przy założeniu, że sprężanie czynnika roboczego w pompie odbywa się bez strat, obliczano z następującej zależności: N C R 3 ( l l ) = m h h ( h h ) t p ( ) = m (6) Moc elektryczną na wyjściu z generatora siłowni określono z zależności: N 2s = η η η N (7) el i m g C R W powyższej zależności (7) przyjęto następujące wartości sprawności: sprawność wewnętrzna turbiny η i = 0,80; sprawność mechaniczna turbiny η m = 0,98; sprawność elektryczna generatora η g = 0,99 [5]. Sprawność obiegu siłowni Clausiusa-Rankine a określono według następującej zależności: NC R η C R = (8) m cw ( h h ) cw cw2 4s 4 Entalpię czynnika roboczego h 4* na wypływie z wymiennika regeneracyjnego WR określono z równania bilansu energii tego wymiennika. Równanie to, przy pominięciu strat ciepła do otoczenia, przyjmuje następującą postać: m h + m h = m h + m h (3) 2s 4 2* Entalpię czynnika roboczego wyznaczono, przyjmując, że temperatura pary opuszczającej wymiennik regeneracyjny (w punkcie 2*) jest o 5 K wyższa od temperatury skroplonego czynnika organicznego ( T = 5 K). Dla tak wyznaczonej temperatury, przy ciśnieniu w punkcie 2* równym ciśnieniu skraplania, z bazy czynników organicznych Refprop 9.0 [4] odczytano entalpię właściwą czynnika organicznego w punkcie 2*. Temperaturę czynnika organicznego wypływającego z wymiennika regeneracyjnego (w punkcie 4*) określono na podstawie wartości entalpii czynnika h 4* i ciśnienia p = p 4 = p 4* z wykorzystaniem bazy czynników organicznych Refprop 9,0 [4]. Jednostkową pracę turbiny siłowni dla obu układów (z mokrym i suchym czynnikiem obiegowym) określono z zależności: 4* Sprawność elektryczną siłowni określono z następującej zależności: cw Nel η el = (9) m ( h h ) Wskaźnik wzrostu mocy układu sprzężonego (ogniwo paliwowe i układ ) w stosunku do mocy elektrycznej samego ogniwa paliwowego określono zgodnie z następującą zależnością: cw cw2 Nel Nel = 00 (0) N elop W analizie układu uwzględniono różne czynniki obiegowe, zarówno czynniki mokre, jak i suche. Ocena efektywności pracy rozpatrywanych układów przeprowadzona została w oparciu o wielkość osiąganej mocy oraz sprawność elektryczną układu. 32 Nr 9 Wrzesień 204 r. l = h h (4) t Jednostkową pracę pompowania czynnika w siłowni dla obu układów, tzn. z mokrym i suchym czynnikiem obiegowym, określono z zależności: 2s 5. Wyniki obliczeń W analizie układu uwzględniono dwa rodzaje czynników: tak zwane czynniki mokre oraz czynniki suche. Rozkład temperatur czynników w wymienniku ciepła W dla układu z suchym czynnikiem obiegowym przedstawiono na rysunku 3.
reklama Rys. 3. Rozkład temperatur w wymienniku W układu dla suchego czynnika obiegowego Rys. 4. Rozkład temperatur w wymienniku W układu dla mokrego czynnika obiegowego Rozkład temperatur czynników w wymienniku ciepła W dla układu z mokrym czynnikiem obiegowym przedstawiono na rysunku 4. Zgodnie z rysunkiem 4, w układzie z mokrym czynnikiem obiegowym zastosowano przegrzew pary doprowadzanej do turbiny tak, aby minimalny stopień suchości pary na wypływie z turbiny przy izentropowym rozprężaniu wynosił x = 0,95. Spośród analizowanych czynników mokrych warunek ten został spełniony dla metanolu i etanolu, natomiast w przypadku cyklopropanu i czynnika R52a para na wypływie z turbiny była parą przegrzaną (świadczą o tym wartości temperatury w punkcie t s2 zestawione w tabeli ). W tabeli i 2 przedstawiono parametry termiczne i kaloryczne w poszczególnych punktach obiegu dla analizowanych czynników obiegowych. Spośród czynników mokrych w analizie uwzględniono metanol, etanol, cyklopropan i czynnik R52a, natomiast spośród czynników suchych: pentan, heptan, dodekan, izoheksan, toluen i czynnik R365mfc. Odpowiednio w tabeli zestawiono dane dotyczące układu z czynnikami mokrymi, natomiast w tabeli 2 z czynnikami suchymi. Zestawienia tych parametrów dokonano w oparciu o bazę czynników RefProp 9.0. [4]. W kolejnej tabeli 3 przedstawiono wyniki analizy efektywności pracy układów z mokrymi i suchymi czynnikami obiegowymi. Jak widać z wyników obliczeń przedstawionych w tabeli 3, znacznie korzystniej wypadają układy z suchymi czynnikami obiegowymi, w których zastosowano wewnętrzną regenerację ciepła. Moc elektryczna osiągana przez te układy w każdym przypadku była wyższa od mocy układów, w których zastosowano mokre czynniki obiegowe. Nr 9 Wrzesień 204 r. 33
Tabela. Parametry termiczne i kaloryczne czynników mokrych w poszczególnych punktach obiegu [4] t par t t 2s t 3 t 4s h h 2s h 3 h 4 Czynnik C C C C C kj/kg kj/kg kj/kg kj/kg Metanol 2,7 65,0 30,0 30,0 30, 277,3 00,3-92,8-92,3 Etanol 38,2 65,0 30,0 30,0 30, 405,3 44, 273,5 274,5 Cyklopropan 24,4 65,0 6,8 30,0 32,6 837,0 79,4 27,3 278,9 R52a 3, 65,0 69, 30,0 32, 65,2 575,3 252,8 257, Tabela 2. Parametry termiczne i kaloryczne czynników suchych w poszczególnych punktach obiegu [4] t t 2s t 2* t 3 t 4s t 4* h h 2s h 2* h 3 h 4 h 4* Czynnik C C C C C C kj/kg kj/kg kj/kg kj/kg kj/kg kj/kg R365mfc 65,0 75,4 35,0 30,0 30,7 60,8 546,9 48,6 438,9 240,8 242,5 285,2 Pentan 65,0 73,3 35,0 30,0 30,7 59,7 55,7 426,7 356,8 4,3, 58,8 Heptan 65,0 9,9 35,0 30,0 30, 74,3 442,7 309,9 206,0 64,4 63,7 59,8 Dodekan 65,0 00,4 35,0 30,0 30,0 8,5 39,5 4,9 4,6 48,5 48,5 362,0 Izoheksan 65,0 88,2 35,0 30,0 30,3 7,8 503,9 379,9 282,0 70,6 68,8 29,2 Toluen 65,0 55,4 35,0 30,0 30, 44,3 436,4 290,7 266,0 49,7 49,3 24,6 Tabela 3. Parametry pracy układu z różnymi czynnikami obiegowymi zasilanego ciepłem z układu chłodzenia ogniwa paliwowego PAFC MOKRY SUCHY CZYNNIK OBIEGU ṁ lt lp N C R η C R N el η el N kg/s kj/kg kj/kg kw % kw % % Metanol 0,0 267 0,55 27,93 9,46 2,67 5,0 0,84 Etanol 0,3 26,2 0,92 33,04 23,02 25,64 7,86 2,82 Cyklopropan 0,26 7,58 7,60 28,28 9,7 2,95 5,29 0,98 R52a 0,36 75,9 4,28 26,09 8,8 20,25 4, 0,2 R365mfc 0,55 65,36,73 34,89 24,3 27,08 8,87 3,54 Pentan 0,29 24,96 3,9 35,46 24,7 27,52 9,8 3,76 Heptan 0,29 32,75 0,75 37,7 26,27 29,27 20,39 4,63 Dodekan 0,29 34,64 0,03 38,53 26,84 29,90 20,83 4,95 Izoheksan 0,30 23,97,79 36,94 25,74 28,67 9,98 4,34 Toluen 0,26 45,67 0,44 37,6 25,89 28,84 20,0 4,42 Podsumowanie Przeprowadzona analiza wykazała, że dla przyjętych założeń moc elektryczna i sprawność układu zasilanego ciepłem pochodzącym z układu chłodzenia ogniwa paliwowego jest wyższa w przypadku układu z suchym czynnikiem obiegowym z zastosowaniem wewnętrznej regeneracji ciepła. Dla wszystkich analizowanych czynników suchych moc elektryczna układu przekracza N el = 27 kw. Najniższą moc elektryczną, wynosząca N el = 27,08 kw, spośród analizowanych czynników suchych uzyskano dla czynnika R365mfc, natomiast najwyższą, wynosząca N el = 29,90 kw, dla dodekanu. W przypadku układu z mokrym czynnikiem obiegowym najwyższą moc elektryczną osiągnięto dla etanolu. W przypadku tego czynnika moc elektryczna układu wynosiła N el = 25,67 kw. Moc analizowanego ogniwa paliwowego wynosi N elop = 200 kw, co po uwzględnieniu dodatkowej mocy generowanej w układzie przekłada się na przyrost mocy układu hybrydowego w stosunku do mocy samego ogniwa paliwowego. W przypadku etanolu przyrost mocy wynosił N = 2,8%, natomiast dla dodekanu N = 4,9%. Z przeprowadzonej analizy wynika, że zastosowanie dodatkowego układu wykorzystującego energię pochodzącą z chłodzenia ogniwa paliwowego daje pozytywne efekty w postaci wzrostu mocy i sprawności elektrycznej układu. Analiza wykazała, że pewien wpływ na uzyskiwaną moc i sprawność obiegu ma rodzaj zastosowanego czynnika obiegowego. Przy czym w przypadku analizowanych czynników suchych, z dodatkowym zastosowaniem wewnętrznej regeneracji ciepła w układzie, moc elektryczna uzyskiwana dla różnych czynników obiegowych nieznacznie się od siebie różni. Zatem można stwierdzić, iż w przypadku czynników suchych podstawowym kryterium wyboru czynnika będzie jego dostępność, cena oraz wpływ na środowisko naturalne, gdyż osiągana efektywność pracy układu jest na podobnym poziomie. Literatura [] Berent-Kowalska G. i in.: Energia ze źródeł odnawialnych w 202 r. Informacje i opracowania statystyczne, Główny Urząd Statystyczny, Warszawa 203 (Publikacja dostępna na: www.stat. gov.pl). 34 Nr 9 Wrzesień 204 r.
[2] Stelmach S., Wasilewski R., Figa J.: Zgazowanie biomasy przykłady nowych technologii. Archiwum gospodarki odpadami i ochrony środowiska, Vol. 7, 200. [3] Głodek E.: Zgazowanie biomasy. Przewodnik. Opracowanie w ramach projektu POLK.08.02.0-6-028/09, Źródła Energii Opolszczyzny promocja, technologie, wsparcie, wdrożenie. Opole 200. [4] Chmielniak T., Skorek J., Kalina J., Lepszy S.: Układy energetyczne zintegrowane ze zgazowaniem biomasy. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2008. [5] Chmielniak T.: Technologie energetyczne. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 2008. [6] Quadrelli R., Peterson S.: The energy climate challenge: Recent trends in CO 2 emissions from fuel combustion. Energy Policy 35/2007, p. 5932 5952. [7] Lucia U.: Overview on fuel cells. Renewable and Sustainable Energy Reviews 30/204, p. 64 69. [8] Sammes N., Bove R., Stahl K.: Phosphoric acid fuel cells: Fundamentals and applications. Current Opinion in Solid State and Materials Science 8/2004, p. 372 378. [9] Pierobon L., Rokni M., Larsen U., Haglind F.: Thermodynamic analysis of an integrated gasification solid oxide fuel cell plant combined with an organic Rankine cycle. Renewable Energy 60/203, p. 226 234. [0] Blum L., Deja R., Peters R., Stolten D.: Comparison of efficiencies of low, mean and high temperature fuel cell Systems. International Journal of Hydrogen Energy 36/20, p. 056 067. [] Sciacovelli A., Verda V.: Entropy generation analysis in a monolithic-type solid oxide fuel cell (SOFC). Energy 34(7)/2009, p. 850 865. [2] Carrette L, Friederich KA, Stimming U.: Fuel cells-fundamentals and applications. Fuel Cells from Fundamentals to Systems ()/200, p. 5 39. [3] Kwak H.Y., Leea H.S., Junga J.Y, Jeonb J.S., Park D.R.: Exergetic and thermoeconomic analysis of a 200-kW phosphoric acid fuel cell plant. Fuel 83/2004, p. 2087 2094. [4] NIST. Refprop 9.0, Standard Reference Database 23, Version 9.0, Reference Fluid Thermodynamic and Transport Properties. National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD, USA, 200. [5] Szargut J.: Termodynamika. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 998. reklama Projekt został sfinansowany ze środków Narodowego Centrum Nauki w ramach umowy nr 3248/B/T02/20/40 do wniosku nr N N53 324840. dr inż. Sławomir Wiśniewski Katedra Techniki Cieplnej, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie, e-mail: slawomir.wisniewski@zut.edu.pl artykuł recenzowany Nr 9 Wrzesień 204 r. 35