Loading...

Plant-Wide Control of an Integrated Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC) Plant

Davoodi, Amir Hossein | 2013

1451 Viewed
  1. Type of Document: M.Sc. Thesis
  2. Language: Farsi
  3. Document No: 45300 (06)
  4. University: Sharif University of Technology
  5. Department: Chemical and Petroleum Engineering
  6. Advisor(s): Pishvaie, Mahmoud Reza
  7. Abstract:
  8. Molten carbonate fuel cell (MCFC) is a kind of high operating temperature fuel cells (600-800℃), tupically used for stationary power plant. These fuel cells have high efficiency (about 50%), but expensive to produce electricity. Hence, fuel cells are integrated into gas turbine cycle to decrease cost and increase efficiency of system. In this work, an integrated pressurized molten carbonate fuel cell is selected. Then, structure of selected process is changed and two new systems have proposed. Then, steady-state and dynamic behaviors of three systems were simulated separately, and their performances were compared. Efficiency increased about 5% in two new structures. Total power of system, temperature of fuel cell, turbine inlet temperature and fuel utilization were selected as process variables, and flow of air, flow of fuel, current density and flow of auxiliary fuel were considered as manipulated variables. Afterward, relative gain array (RGA) analysis was done for three systems to determine control structure. Proportional integral (PI) controller that tuned by Ziegler-Nichols method was used to control the system. At the end, performances of three systems are investigated for setpoint tracking and load rejection. Results showed that the proposed control structures for three systems are suitable. A detailed model of hybrid system is simulated in MATLAB-Simulink
  9. Keywords:
  10. Molten Carbonate Fuel Cell ; Control Structure ; Hybrid System ; Integrated System ; Plantwide System ; Dynamic Simulation

 Digital Object List

 Bookmark

  • فصل اول
  • مقدمه
    • 1-1- تعريف پيل سوختي
    • 1-2- اساس كار پيل سوختي
    • 1-3- مروري بر پيل سوختی از گذشته تا حال
    • 1-4- مزاياي پيل‌هاي سوختي
    • 1-5- سیستم هیبریدی پیل سوختی
  • فصل دوم
  • تکنولوژی پیل سوختی
    • 2-1- پيل‌های سوختي كربنات مذاب
    • 2-2- اساس كار پيل‌هاي سوختي كربنات مذاب
    • 2-3- سوخت در پيل‌هاي سوختي كربنات مذاب
    • 2-4- تأثير عوامل متغير بر عملكرد پيل‌هاي سوختي كربنات مذاب
      • 2-4-1- اثر دما روي عملكرد پيل‌هاي سوختي كربنات مذاب
      • 2-4-2- تأثير فشار روي عملكرد پيل‌هاي سوختي كربنات مذاب
      • 2-4-3- تأثير تركيب گازهاي واكنشدهنده بر عملكرد پيل‌هاي سوختي كربنات مذاب
    • 2-5- مزاياي پيل‌هاي سوختي كربنات مذاب
    • 2-6- معايب پيل‌هاي سوختي كربنات مذاب
    • 2-7- سیستم هیبریدی
      • 2-7-1- سیستم گرم کردن غیر مستقیم
      • 2-7-2- سیستم گرم کردن مستقیم
      • 2-7-3- توربین گازی
      • 2-7-4- کمپرسور
      • 2-7-5- توربین
      • 2-7-6- ریفرمینگ سوخت
      • 2-7-7- محفظهی احتراق
      • 2-7-8- مبدل حرارتی
      • 2-7-9- تجهیزات دیگر
    • 2-8- مروری بر کارهای انجام شده
      • 2-8-1- شبیه سازی پایا و پویای یک انباره پیل سوختی کربنات مذاب و بهینه سازی آن
      • 2-8-2- انتگراسیون و کنترل سیستم MCFC/GT
        • 2-8-2-1- سیستم گرم کردن غیر مستقیم
        • 2-8-2-2- سیستم گرم کردن مستقیم
  • فصل سوم
  • مدلسازی سیستم هیبریدی
    • 3-1- مدل پیل سوختی کربنات مذاب
      • 3-1-2- اُفت پتانسیل در سلول پیل سوختی
        • 3-1-2-1- ولتاژ مدارباز
        • 3-1-2-2- ولتاژ مداربسته
    • 3-2- مدل کمپرسور
    • 3-3- مدل توربین
    • 3-4- مدل بهبود یافتهی کمپرسور و توربین
      • 3-4-1- نمودار مشخصه کمپرسور
      • 3-4-2- نمودار مشخصه توربین
    • 3-5- مدل شافت
    • 3-6- مدل مبدل گرمایی
    • 3-7- مدل محفظهی احتراق
  • فصل چهارم
  • شبیه سازی و کنترل
    • 4-1- فرضیات مدلسازی و شرایط عملیاتی سیستم
    • 4-2- شبیه سازی حالت پایا
      • 4-2-1- سیستم شماره 1
      • 4-2-2- سیستم شماره2
      • 4-2-3- سیستم شماره 3
      • 4-2-4- بررسی و مقایسه عملکرد سه فرآیند
    • 4-3- محدودیتهای موجود برای سیستم
    • 4-4- شبیه سازی در حالت دینامیکی
    • 4-5- تحلیل سیستم و انتخاب ساختار کنترلی
      • 4-5-1- متغیرهای ورودی و خروجی
      • 4-5-2- آنالیز RGA20F و جفت سازی حلقهی کنترلی
      • 4-5-3- محاسبه ماتریس استاتیکی از روی مدل [32]
    • 4-6- کنترل سیستم
      • 4-6-1- کنترل سروو23F
      • 4-6-2- کنترل رگولاسیون24F
  • فصل پنجم
  • بحث و نتیجه گیری
    • 5-1- نتیجه گیری
    • 5-2- پیشنهادات
  • منابع و مآخذ
...see more