Advanced Power Generation Technologies: Fuel Cells

Zabihian, Farshid; Fung, Alan S.

doi:10.5772/13373

Cited by 4 publications

(4 citation statements)

References 53 publications

(80 reference statements)

Supporting

Mentioning

Contrasting

Order By: Relevance

“…2 Environmental friendly PEMFCs are characterized by high efficiency of energy conversion, relatively low operating temperatures, dynamic response, zero or very low emissions of greenhouse gases, and quiet operation without generating vibrations. 3,4 The main issues still impeding large scale commercialization of PEMFC technology are high cost and limited durability, with a particularly challenging target of at least 40, 000 hours for stationary applications. 5,6 For these applications, when hydrogen produced on-site by reforming of natural gas is used as a fuel, this can decrease the cost compared to FCs operating under highly pure H 2 .…”

mentioning

confidence: 99%

Evaluation of Parameters Accelerating the Aging of PEMFCs Operating under Reformate Containing Carbon Monoxide

Profatilova

Jacques

Escribano

2018

J. Electrochem. Soc.

View full text Add to dashboard Cite

Development of efficient accelerated stress test protocols for polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs) is an extremely important topic closely related to FC lifetime prediction and a decrease of the FC test costs. This work is dedicated to precise investigation of the impact of various accelerating factors on a FC performance over 1000 h scale. Five identical membrane electrode assemblies with Pt-based catalysts on the cathode and PtRu-based catalyst on the anode were studied using load cycling protocols. The impact of accelerating aging stressors and their combinations, such as carbon monoxide in fuel, frequency and amplitude of current cycling and regular electrochemical diagnostics via polarization curves and cyclic voltammograms measurements was thoroughly investigated. In addition, electrochemical cell behavior under fixed and varied fuel compositions is addressed. Total and irreversible cell performance losses are quantified for different aging tests. It is shown that the importance of aging factors can change depending on a test duration. This study combines large amount of experimental electrochemical data giving quantitative ranking for the importance of factors accelerating cell aging in operation conditions close to real ones for stationary fuel cells.

show abstract

mentioning

confidence: 99%

Evaluation of Parameters Accelerating the Aging of PEMFCs Operating under Reformate Containing Carbon Monoxide

Profatilova

Jacques

Escribano

2018

J. Electrochem. Soc.

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…A cross section of a tubular SOFC design is shown in Figure 2-10. This design solved the sealing problems existing for the planar fuel cells and, moreover, has a very good mechanical integrity [40].…”

Section: Solid Oxide Fuel Cellsmentioning

confidence: 93%

“…The planar fuel cells are composed from planar layers of the anode, cathode, electrolyte and interconnection which are connected in electrical series. The main advantages of this design are the high power densities and the easy fabrication [40], but their major drawbacks are the mechanical loads and the sealing at high operating temperatures. The seals are necessary for a planar SOFC stack in order to block the mixing of the oxidant and fuel gases.…”

Section: Solid Oxide Fuel Cellsmentioning

confidence: 99%

See 1 more Smart Citation

Turbomachinery analysis and design for hybrid SOFC-GT systems optimized performance

Bakalis¹,

Μπακάλης²

View full text Add to dashboard Cite

Μεγάλη προσπάθεια γίνεται τα τελευταία χρόνια για την ανάπτυξη αποδοτικών μηχανών μετατροπής ενέργειας. Τα κίνητρα για αυτή την προσπάθεια είναι κυρίως η ολοένα αυξανόμενη ζήτηση για ηλεκτρική ενέργεια, η εξάντληση των κοιτασμάτων ορυκτών καυσίμων καθώς και η μόλυνση του περιβάλλοντος από εκπομπές αέριων ρύπων. Μια τεχνολογία που φαίνεται ότι θα συμβάλει σημαντικά στην διαμόρφωση του ενεργειακού τομέα στο μέλλον, είναι οι μικροστρόβιλοι. Οι μικροστρόβιλοι λόγω των πλεονεκτημάτων που παρουσιάζουν μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε εφαρμογές κατανεμημένης παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, smart grids, υβριδικά συστήματα και συστήματα συμπαραγωγής.Αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η μελέτη εφαρμογών μικροστροβίλων, τόσο υπολογιστικά όσο και πειραματικά. Οι υπολογιστικές δραστηριότητες περιλαμβάνουν κυρίως την μελέτη υβριδικών συστημάτων τύπου SOFC-GT (Solid Oxide Fuel Cell – Gas Turbine). Στα συστήματα αυτά γίνεται συνδυασμός ενός μικροστροβίλου και μιας γεννήτριας τύπου SOFC, η οποία λειτουργεί σε συνθήκες υπερπίεσης (υπετροφοδοτείται). Το καύσιμο αντιδρά ηλεκτροχημικά στις κυψέλες καυσίμου SOFC (που υποκαθιστούν το θάλαμο καύσης του μικροστροβίλου) και παράγει ηλεκτρική ενέργεια μαζί με θερμότητα. Η θερμότητα χρησιμοποιείται από το μικροστρόβιλο για την παραγωγή επιπλέον ηλεκτρικής ενέργειας. Τα συστήματα αυτά έχουν υψηλούς βαθμούς απόδοσης και θεωρούνται ως μια εναλλακτική επιλογή των συμβατικών συστημάτων ηλεκτροπαραγωγής.Για την μοντελοποίηση των υβριδικών συστημάτων χρησιμοποιήθηκε ένα λογισμικό γενικής χρήσης (AspenPlus). Ξεκινώντας με μια προτεινόμενη μέθοδο από την διαθέσιμη βιβλιογραφία, έγιναν προσθήκες νέων στοιχείων με σκοπό την δημιουργία ενός βελτιωμένου μοντέλου. Επιπλέον, αναπτύχθηκαν μοντέλα για την προσομοίωση των στροβιλομηχανών στο λογισμικό γενικής χρήσης, ιδιαίτερα σε μερικό φορτίο, για πρώτη φορά σε αυτό το περιβάλλον. Στην παρούσα διατριβή εξετάζονται σχεδιασμοί υβριδικών συστημάτων βασιζόμενοι σε εμπορικά διαθέσιμους μικροστροβίλους και σε μια επιτυχημένη γεννήτρια τύπου SOFC η οποία δοκιμάστηκε σε αρκετά πιλοτικά προγράμματα διεθνώς. Αναπτύχθηκαν μοντέλα και βαθμονομήθηκαν με βάση πειραματικά δεδομένα από την βιβλιογραφία. Μελετήθηκε η συμπεριφορά σε συνθήκες πλήρους και μερικού φορτίου καθώς και η επίδραση σημαντικών λειτουργικών παραμέτρων στις επιδόσεις των υβριδικών συστημάτων. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα συστήματα αυτά μπορεί να οδηγήσουν σε υψηλούς βαθμούς απόδοσης, εφόσον γίνει κατάλληλη βελτιστοποίηση στο σχεδιασμό του συστήματος καθώς και στο μέγεθος του μικροστροβίλου. Η προηγούμενη εμπειρία που αποκτήθηκε οδήγησε σε μια μεθοδολογία για την βελτιστοποίηση των στροβιλομηχανών σε υβριδικά συστήματα SOFC-GT. Η μεθοδολογία περιλαμβάνει δυο βήματα. Στο πρώτο γίνεται μια παραμετρική ανάλυση για να αποτιμηθεί το λειτουργικό πεδίο του συστήματος και στο δεύτερο, λαμβάνοντας υπόψη τις πληροφορίες του πρώτου βήματος, υπολογίζονται οι βέλτιστες γεωμετρίες για τον συμπιεστή και τον στρόβιλο χρησιμοποιώντας in-house κώδικες που αναπτύχθηκαν για αυτό τον σκοπό. Τα αποτελέσματα έδειξαν σημαντική βελτίωση των επιδόσεων του συστήματος σε όλο το εύρος λειτουργίας του. Η υποδομή που δημιουργήθηκε επιτρέπει τη μελέτη επιπλέον σχεδιαστικών επιλογών, με χωριστή επιλογή συμπιεστή και στροβίλου, διαφορετικού τύπου συμπιεστή κτλ, όπως και διαφορετικών επιλογών στο σύστημα ελέγχου. Οι πειραματικές δραστηριότητες που έγιναν στα πλαίσια αυτής της διατριβής, αφορούν ένα μικροστρόβιλο τύπου turbojet. Παρουσιάζεται η εμπειρία που αποκτήθηκε από την ανάπτυξη ενός μοντέλου για την προσομοίωση της συμπεριφοράς του σε μόνιμες συνθήκες λειτουργίας. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι κάποιες μετρήσεις που λαμβάνονται από την λειτουργία της μηχανής δεν είναι αντιπροσωπευτικές της μέσης τιμής που επικρατεί σε κάθε διατομή. Ωστόσο η απόκλιση είναι συστηματική και επαναλήψιμη με αποτέλεσμα να μπορούν να υιοθετηθούν διαδικασίες διόρθωσης των μετρήσεων. Εκτός από την μελέτη σε μόνιμες συνθήκες λειτουργίας, μελετήθηκε και η μεταβατική λειτουργίας της μηχανής μέσω ενός μοντέλου που αναπτύχθηκε για αυτό το σκοπό. Τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων είναι σε αρκετά καλή συμφωνία με τα πειραματικά δεδομένα. Η εμπειρία που αποκτήθηκε από το μεταβατικό μοντέλο λειτουργίας αναμένεται να αξιοποιηθεί για την ανάπτυξη μεταβατικού μοντέλου λειτουργίας για τα συστήματα SOFC-GT, προκειμένου να μελετηθεί καλύτερα το σύστημα ελέγχου για προστασία της συστοιχίας SOFC από αιχμές πίεσης, surge, αποσυσμπίεση κτλ.

show abstract

The extraction of power and fresh water from the ocean off the coast of KZN utilising ocean thermal energy conversion (OTEC) techniques

Gumede¹

View full text Add to dashboard Cite

Ocean thermal energy conversion (OTEC) is an electric power generation system which uses the temperature difference between warm water at the surface (26 oC) and cold water from the depths (5 oC) of the ocean. Generating electricity is not the only function of OTEC as it can also produce significant amounts of fresh water. This can be very important, for example on islands and in some regions, such as Port Edward, where fresh water is limited. This thesis sets out to harness this fluidic energy, thus generating significant amounts of useful electric power for insertion into the national grid, as well as fresh water in Port Edward on the KwaZulu-Natal (KZN), South Coast. The site of Port Edward is naturally suited to the establishment of alternate energy collection sources such as OTEC; the geographical location of this region is additionally suited to the development of Open Cycle - Ocean Thermal Energy Conversion (OC- OTEC). Port Edward lies just beneath the tropic of cancer and on the shore of the Indian Ocean thus two important elements needed for OTEC namely constant sunlight and large coastal areas can easily be found in this region. More importantly, the steep drop in water depth down to 3000 meters makes this an ideal research site for ocean thermal energy conversion in KwaZulu-Natal (KZN). If the proposed theories are correct, this can possibly be used for base generated energy capacity and fresh water. The results are presented with reference to the temperature difference between the sea surface and the sea bottom because it is an important parameter in choosing an actual plant site and system design of OC-OTEC. This research is mainly laboratory based concentrating on design, calculations, modelling and simulation of OC-OTEC. The thermodynamic fluid calculations were undertaken with a view to design the main mechanical components of an OC-OTEC system, i.e. flash evaporator, condenser and steam turbine. SOLID EDGE software was utilized to design OC-OTEC plant and ASPEN PLUS V8.6 software was used to simulate and model the experiment. An OC-OTEC demonstration plant was designed and constructed in an Electrical Power Laboratory at Durban University of Technology (DUT). The experimental study was carried out on the demonstration plant with consideration given to water temperature, mass flow rate of fluid, and pressure. The measurements were taken before and after each component. The selection of a good process modelling and simulation tool was of extreme importance for the success of this work. Throughout the measurements, we found that the thermal efficiency (%) and the power output increased with increasing temperature difference Δt = tw - tc. The power output was produced when the total temperature difference was sufficient to allow heat transfer within the evaporator and provide a pressure drop across the turbine. There was more heat transfer (steam produced) in the flash evaporator at a constant flow rate because the warm water continuously supplied heat energy to the evaporator without losing much energy through the process, therefore continuous feed to the turbine improved constant power output. The thermal efficiencies were increased with increasing pressure across the turbine. The increase of pressure drops across the steam turbine caused the output power to increase. The larger flow rates of the warm water lead to higher amounts fresh water produced from the condenser. The final step in this process was the design of the main components of a practical plant to be used as a pilot plant at a selected location on the KwaZulu-Natal South coast. This will address the problem of lack of water in the region.

show abstract

Advanced Power Generation Technologies: Fuel Cells

Cited by 4 publications

References 53 publications

Evaluation of Parameters Accelerating the Aging of PEMFCs Operating under Reformate Containing Carbon Monoxide

Evaluation of Parameters Accelerating the Aging of PEMFCs Operating under Reformate Containing Carbon Monoxide

Turbomachinery analysis and design for hybrid SOFC-GT systems optimized performance

The extraction of power and fresh water from the ocean off the coast of KZN utilising ocean thermal energy conversion (OTEC) techniques

Contact Info

Product

Resources

About