PEME-PDMYH Sistemi Kaynaklı Oluşan Isı Kaynağının ORÇ Birleşeni ile Verimlilik ve Ekonomik Analizi

Abstract

Fosil yakıtların çevresel zararlarından dolayı temiz enerji dönüşüm sistemleri ve enerji depolama alanındaki çalışmalar yaygın hale gelmiştir. Enerji dönüşüm ve depolama sistemleri arasında en çok kullanılan sistemlerden biri de hidrojen temelli, Proton Elektrolit Membranlı Elektrolizör (PEME) ve Proton Değişim Membranlı Yakıt Hücresi (PDMYH) birleşimidir. Bu birleşimde PEME hidrojen üretiminde, PDMYH ise hidrojenden elektrik üretiminde kullanılan sistemlerdir. Bu çalışmada PEME-PDMYH birleşenine ek olarak PDMYH’den elde edilen atık ısı ile Organik Rankine Çevrimi (ORÇ) çevriminden de elektrik eldesi araştırılmıştır. Bu araştırma için PEME-PDMYH ve PEME-PDMYH-ORÇ sistemleri parametrik olarak karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma parametreleri olarak PEME hücre sayısı, şarj süresi, deşarj süresi ve ORÇ evaporatör basıncı seçilmiştir. Bu parametrelere bağlı olarak PEME’de tüketilen, PDMYH ve ORÇ’de üretilen elektrik, çevrim verimi, Seviyelendirilmiş Elektrik Maliyeti (SEM) değerleri sistem çıktısı olarak seçilmiştir. Çalışma sonucunda en etkin parametre olan PEME hücre sayısına bağlı olarak PDMYH ve ORÇ’de üretilen elektrik, yaklaşık 3 kat artmıştır. Bunun yanında ORÇ kullanımı ile çevrim veriminin %1-2,5 arasında arttığı saptanmıştır. Son olarak ORÇ’li ve ORÇ’siz sistemler arasında SEM değerleri arasında büyük farklar olmadığı görülmüştür.

Due to the environmental damage of fossil fuels, studies in the field of clean energy production systems and energy storage have become widespread. One of the most used systems among energy production and storage systems is the combination of hydrogen-based, Proton Exchange Membrane Electrolyzer (PEME) and Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC). In this combination, PEME is the system used in hydrogen production and PEMFC is the system used in the production of electricity from hydrogen. In this study, in addition to the PEME-PEMFC compound, the generation of electricity from the ORC (Organic Rankine cycle) with the waste heat obtained from PEMFC was investigated. For this research, PEME-PEMFC and PEME-PEMFC-ORC systems were compared parametrically. Number of PEME cells, charging time, discharge time and ORC evaporator pressure were selected as comparison parameters. Depending on these parameters, the electricity consumed in PEME and produced in PEMYH and ORC, cycle efficiency and Levelized Cost of Electricity (LCOS) values were selected as system output. As a result of the study, depending on the number of PEME cells, which is the most effective parameter, the electricity production produced in PEMFC and ORC increased approximately 3 times, and it was determined that the cycle efficiency increased by 1-2,5% with the use of ORC. Finally, it has been observed that there are no major differences in LCOS values between systems with and without ORC.