Obieg z turbiną gazową

CCGT

El.nadkrytyczne
ciśn = 22,115 MPa
temp = 647,3 K
gęstość = 317,8 kg/m3
przepływ jednofazowy(bez rozgraniczenia wody i pary)
Wyższa sprawność, wymagają mniej wody chłodz(ale lepszej jakości),
mniej CO2 do środow, mniejsze zużycie paliwa

posiew – substancje wywołujące i ułatwiające jonizację gazu – metale alkaliczne o niskich potencjałach jonizacji, takie jak cez, rubid, potas i sód, w ilości 0,1–1%. Ponieważ są to metale bardzo drogie, więc po spełnieniu swej roli są wyłapywane i ponownie wprowadzane do obiegu.

Siłownia parowa, obieg clausiusa-rankina

Układ paliwo-powietrze-spaliny

Źródła poprawy sprawności
obniżone ciśnienie w skraplaczu po optymalizacji chłodni kominowej
odzysk ciepła spalin
podniesienie parametrów pary
optymalizacja procesu
zmniejszenie potrzeb własnych

paliwa dla ogniw paliwowych:
GAZOWE - Wodór(Reforming gazu ziemnego, ropy naftowej, biogazu;
Zgazowanie węgla; Zgazowanie biomasy; Elektroliza wody i rozkład
termiczny wody; Metody biochemiczne
Amoniak
CIEKŁE- Metanol; Kwas mrówkowy; Wodny roztwór glukozy
STAŁE – Węgiel

Klasyfikacja ogniw, rodzaj elektrolitu:
OP z elektrolitem zasadowym (Alkaline Fuel Cell = AFC)
OP z elektrolitem polimerowym (Polymer Electrolyte FC = PEFC,
Proton Exchange Membrane FC = PEMFC)
OP z kwasem fosforowym (Phosphoric Acid FC = PAFC)
OP ze stopionymi węglanami (Molten Carbonate FC = MCFC)
OP stałotlenkowe (rurowe, płaskie, o obniżonej temperaturze pracy) =
Solid Oxide FC = SOFC, Tubular and Planar SOFC = TSOFC, PSOFC;
Intermediate Temperature SOFC = ITSOFC)

temperatura pracy
niskotemperaturowe (do ok. 100 °C): AFC, PEFC
średniotemperaturowe (od ok. 100 do 300 °C): AFC, PAFC
wysokotemperaturowe (powyżej 500 °C): MCFC, SOFC
specjalne OP z bezpośrednim utlenianiem metanolu (Direct Methanol FC = DMFC)
regeneracyjne OP (Regenerative FC = RFC)

Reakcja anodowa + Reakcja katodowa
H2 + ½ O2  H2O Reakcja spalania wodoru
Reakcje cząstkowe zachodzą na elektrodach, nie w całej objęt reaktora
Spalanie  ciepło, Ogniwo paliwowe  elektryczność (+ ciepło)
Współczynnik sprawności elektrochemicznej ogniwa paliwowego
Współczynnik sprawności zintegrowanej ogniwa paliwowego

Współczynnik sprawności elektrochemicznej ogniwa paliwowego
e_ech = e_th e_E e_F U (obliczona 0.27-0.66, rzeczywista 0.35-0.55)
e_th – sprawność termiczna = DG /DH (0.73-0.94)
e_E – sprawność napięciowa = E/E_R (0.6-0.8)
e_F – sprawność faradajowska = i_rzecz/i_f (pow. O.95)
U-wykorzystanie paliwa = (H_2in- H_2out) /H_2out (0.65-1.0)
Spr termiczna

OP wodorowo-tlenowe OP węglowo-tlenowe
H₂ + 1/2O₂ → H₂O C + 1/2O₂ → CO
ΔH = -241.8 kJ/mol ΔH = -110.5 kJ/mol
ΔS = -44.4 J/mol K ΔS = +89.8 J/mol K
ε_th = 0.94 ε_th = 1.24!

e_F – sprawność faradajowska = i_rzecz/i_f (pow. O.95)
i_rzecz = prąd otrzymany
I_f = prąd jaki teoretycznie powinno się otrzymać
e_F jest miarą występowania procesów ubocznych (szkodliwych),
nieszczelności membrany elektrolitu, ucieczki paliwa

e_E – sprawność napięciowa = E/E_r
E = napięcie obciążonego ogniwa
E_r = napięcie odwracalne nieobciążonego ogniwa
e_E = 1 gdy napięcie ogniwa nie spada pod obciążeniem
(ogniwo doskonałe = odwracalne!)
Polaryzacja aktywacyjna η_akt; stężeniowa, η_s i omowa, η_om.
E = E_r - η_akt,a - η_s,a - η_om - η_akt,k - η_s,k

wolny etap wymiany ładunku – dominuje polaryzacja aktywacyjna
nieodpowiedni katalizator lub za mała jego ilość na elektrodzie
zła struktura elektrody (niedobrana porowatość, „zalane” pory, niewiele
miejsc wspólnego kontaktu między elektrodą, elektrolitem i fazą gazową)
Równanie Tafela

wysoki opór elektrolitu, elektrod, połączeń lub złącza elektroda-elektrolit –
dominuje polaryzacja omowa za gruby elektrolit zła technologia wytwarzania i łączenia elementów
wolny etap transportu masy – dominuje polaryzacja stężeniowa, niski współcz
dyfuzji reagentów w elektrolicie lub fazie gazowej, niskie stężenie reagentów rozpuszczon w elektrolicie niewłaściwe ukształtowanie porów dla części
gazowej (złe doprowadzenie gazów do elektrody i odprowadzenie produktów)

inne straty: straty nernstowskie: związane ze zużywaniem się paliwa
i pojawianiem się produktów, które rozcieńczają paliwo;
przenikanie paliwa przez elektrolit na stronę katodową (i vice versa)
(sprawność zostaje obniżona jeżeli utylizacja paliwa jest niecałkowita,
a resztki paliwa utracone)