PEM yakıt hücresi destekli kojenerasyon sisteminin nümerik modellenmesi ve termoekonomik optimizasyonu

Bu araştırmada, elektrik üretimi yapan, hidrojen üreten ve ısıtma sistemi olarak bir santral tasarımı hedeflenmiştir. Kaynak olarak Afyon Ömer Gecek jeotermal sahasında bulunan 130°C'taki jeotermal su ve bölgenin güneş potansiyelinden yararlanılmıştır. Bölgede çıkan su debisi 85 kg/s iken ortalama güneş radyasyonu 600 W/m2 olarak kabul edilmiştir. Bu kaynakları en iyi şekilde kullanmak adına üç farlı model tasarımı kullanılmıştır. İlk model de parabolik oluklu güneş kollektörlerinden elde edilen enerji ve jeotermal sudan elde edilen enerji bir Organik Rankine Çevrimine(ORC) aktarılmış. Buradan elektrik üretilmiştir. Elde edilen elektrik hidrojene dönüştürülmüş ve tekrar bir yakıt hücresi ile elektrik enerjisi üretilmiştir. Model 2'de de benzer kaynaklar benzer amaçla kullanılırken verimliliği arttırmak adına, Model 1 dekinden farklı olarak çift kademeli bir ısı değiştirici sistemi kullılmıştır. ORC de jeotermal ile ısıtılan R-134a, güneş enerjisinden gelen Therminol VP-1 ile tekrar kızdırılmıştır. Üçüncü modelde ise ekonomik kaygılar ile düz plakalı bir güneş enerjisi sistemi kullanılmıştır. Therminol VP-1 yerine su kullanılmıştır. Bu modelde ORC deki R-134a'ya ön ısıtma yapılmış daha sonra jeotermal ile ısıtılmıştır. Güneş enerjisinden ve Jeotermal kaynaktan gelen enerjiler ORC'ye aktarıldıktan sonra kalan ısı üç modelde de konut ısıtmaya aktarılmıştır. ORC'den, sırasıyla Model 1'de 2.67 MW, Model 2' de 2.87 MW ve Model 3 de de 2.56 MW elektrik üretilmiştir. ORC elektrik birim maliyeti ise Model 1, Model 2 ve Model 3 için sırasıyla 0.0108 $/kWh, 0.0098 $/kWh, 0.0111 $/kWh' tir. Daha sonra elektrikten elektrolizer ile üretilen hidrojen maliyeti ise sırasıyla 1.585 $/kg, 1.551$/kg, 1.585 $/kg'dır. Daha sonra yakıt hücresinden tekrar elektrik üretmenin maliyeti ise 0.06748 $/kWh, 0.06607 $/kWh, 0.06822 $/kWh tir. Son olarak sistemler optimize edilmiş ve sonuçları sunulmuştur. Sistemlerin enerji ve ekserji verimlikleri sırasıyla Model 1 için, %27,65 ve %34,56, Model 2 için % 23,22 ve 33,88, Model 3 için %25,85 ve %32,66'tır.