Ticari Binalarda Bileşik Isı Güç Sistemi Olarak Yakıt Pili Uygulaması – Alışveriş Merkezi Örneği

BAŞYAZICI, İBRAHİM UTKU; Ağra, Özden

Ticari Binalarda Bileşik Isı Güç Sistemi Olarak Yakıt Pili Uygulaması – Alışveriş Merkezi Örneği

İbrahim Utku BAŞYAZICI, (Doxa87, İstanbul, Türkiye)

Özden AĞRA (Yıldız Teknik Üniversitesi, Makine Fakültesi, Makine Mühendisliği, İstanbul, Türkiye)

Tesisat Mühendisliği

27 6

Yıl: 2023 Cilt: Sayı: 197 Sayfa Aralığı: 45 - 58 Metin Dili: Türkçe İndeks Tarihi: 23-10-2023

Ticari Binalarda Bileşik Isı Güç Sistemi Olarak Yakıt Pili Uygulaması – Alışveriş Merkezi Örneği

Öz:

Hidrojen ekonomisine geçiş ile ilgili tartışmalar yakıt pili teknolojisinin binalarda kullanımının değerlendirilmesini de tekrar gündeme getirmiştir. Binalarda kullanılabilecek sabit yakıt pillerinin gelişimi diğer yakıt pili uygulamalarına kıyasla yavaş ilerlemektedir. Hidrojen ekonomisi tartışmaları bu anlamda büyük ölçekli yakıt pili sistemleri için bir fırsat olarak görülebilir. Büyük ölçekli bir yakıt pili uygulaması herhangi bir binanın elektrik enerjisi ihtiyacını yüksek verimde karşılayabildiği gibi atık ısıdan yararlanılması yoluyla sıcak su üretiminde ve absorpsiyonlu soğutma grupları ile soğutmada da kullanılabilir. Dolayısıyla yakıt pili teknolojisi dizel veya gaz tahrikli kojenerasyon ve trijenerasyon teknolojilerine yüksek performanslı bir alternatif oluşturur. Klasik gaz tahrikli bileşik ısı güç üretimi sistemlerine kıyasla emisyon değerleri oldukça düşüktür. Yakıt olarak hidrojen kullanılması halinde sıfır emisyonla elektrik enerjisi üretilebilir. Yakıt pillerinin işletme durumunda gürültü seviyelerinin klasik sistemlere oranla oldukça düşük olması, verimlerinin Carnot verimi ile sınırlı olmaması, yüksek kısmi verim değerleri, modüler tasarım imkânı belirtilmesi gereken diğer avantajlardır. Bu çalışmada ilk kurulum, işletme ve bakım maliyetleri, verim, teknolojik kısıtlar gibi değişkenler dikkate alınarak Fosforik Asit Yakıt Pillerin (FAYP) mevcut bir alışveriş merkezinde uygulanabilirliği değerlendirilmiş ve 400 kW kapasitesinde FAYP yakıt pili için Birime İndirgenmiş Elektrik Maliyeti (BİEM) 0,05 USD/kWh olarak bulunmuştur. Bu değer karbon salımındaki %21,1 mertebesindeki azalmada dikkate alındığında yakıt pillerinin günümüz koşullarında rekabetçi ve çevre dostu bir çözüm olabileceğini göstermektedir.

Anahtar Kelime: Yakıt Pili Fosforik Asit Yakıt Pili Trijenerasyon Absorpsiyonlu Soğutma Birime İndir- genmiş Elektrik Maliyeti

Fuel Cell Cogeneration Application in Commercial Buildings: A Shopping Mall Example

Öz:

The widespread adoption of fuel cell technology in buildings has been brought back into agenda as a result of the transition to a hydrogen economy discussion. The development of stationary fuel cells for use in buildings have been progressing slowly in compared to other fuel cell applications. In this regard, the debate over the hydrogen economy can be seen as an opportunity for stationary fuel cell systems. In addition to producing hot water by using waste heat and cooling with absorption chillers, a large-scale fuel cell application may effi- ciently meet the electrical energy needs of any building. Therefore, fuel cell technology is a high-performance alternative for trigeneration, and cogeneration powered by diesel and gas fuels. Fuel cell emission levels are low comparing the emission figures to those of traditional gas-driven combined heat and power generation systems. If hydrogen is used as a fuel, elec- tricity can be produced with no emissions. Other advantages include the fact that fuel cells are quieter than conventional systems, that their efficiency is not constrained by Carnot efficiency, that their partial efficiency values are high, and that they may be designed in a modular ba- sis. In this study, the feasibility of phosphoric acid fuel cells (PAFC) in an existing shopping mall was evaluated by considering factors including initial installation, operating and main - tenance costs, efficiency, and technological limitations. It has been determined that a 400 kW PAFC’s Levelized Cost of Energy (LCOE) is 0.05 USD/kWh. Fuel cells have the potential to be a competitive and environmentally benign option in the present scenario, as seen by the 21.1% reduction in carbon emissions.

Anahtar Kelime: Stationary Fuel Cell Phosphoric Acid Fuel Cell Trigeneration Absorption Cooling Levelized Cost of Energy

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık

1. Başyazici, U., “Ticari binalarda Yakıt Pili Kullanımının Sürdürülebilirlik Perspektifiyle Değerlendirilmesi”, IX. Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi, İzmir. Bildiriler Kitabı, 2010, 173-191.
2. Dodds, P.E., Staffell I., Hawkes, A. D., Li, F., Grünewald, P., Mcdowall, W., Ekins, P., “Hydrogen and Fuel Cell Technologies for Heating: A Review”, International Journal of Hydrogen Energy Volume 40, Issue 5, 9 February 2015, Pages 2065-2083.
3. Comparison of Fuel Cell Technologies, US Department of Energy Hydrogen and Fuel Cell Technologies Office Fact Sheet, 2016.
4. Fuel Cell Handbook 7th Edition, U.S. Department of Energy, November 2004.
5. UTC Purcell Model 400 Power Product Data Application Guide, June 2012.
6. Larmine, J., Dicks, A., “Fuel Cell Explained, 3nd Edition”, John Wiley & Sons. Inc., 2018
7. Holcomb, F.H., Binder M.J., Taylor W.R., Torrey J.M., Westerman J.F., “Phosproric Acid Fuel Cells”, ERDC/CERL TR-00-33, US Army Corps of Engineers, December 2000.
8. Galliers, S., “Fuel Cell Technology”, BSRIA, 2003.
9. Warren, J., Das S., Zhang A., Manufacturing Process Modeling of 100-400 kWe Combined Heat and Power Stationary Fuel Cell Systems, ORNL/TM-2012/230 Oak Ridge National Laboratory, July 2012.
10. US Department of Energy, Hydrogen, Fuel Cells & Infrastructure Technologies Program: Multi-year Research, Development and Demonstration Plan, 2017: Washington DC, USA.
11. Darwi̇s M, A., “Building Air Conditioning System Using Fuel Cell: Case Study for Kuwait”, Applied Thermal Engineering Volume 27, Issues 17–18, December 2007, Pages 2869-2876.
12. Spendelow, J., Nguyen, T., Houchi̇n, C., Marti̇ K.E., Papageorgopoulos D., “Medium-Scale CHP Fuel Cell System Targets”, DOE Hydrogen and Fuel Cells Program Record, March 2012.
13. Stationary Fuel Cell Cost Trends, An Assessment Produced by the National Fuel Cell Research Center, May 2018.
14. Catalog of CHP Technologies, U.S. Environmental Protection Agency Combined Heat and Power Partnership, September 2017.
15. James, B, D., DeSantis, D, A., “Manufacturing Cost and Installed Price Analysis of Stationary Fuel Cell Systems”, Strategic Analysis Inc, Rev 3 August 2016.
16. US Department of Energy, Fuel Cells Technologies Program Case Study: Fuel Cells Provide Combined Heat and Power at Verizon’s Garden City Central Office, 2010.
17. Scwarz, P.M., “Energy Economics”, 1st Edition, Routledge, 2018.
18. Conservation of Fuel and Power, Approved Document L Volume 2: Buildings Other Than Dwellings, 2010.
19. Vesanen, T., Klobut K., Shemeikka J., “Implementation of a Fuel Cell System Model into Building Energy Simulation Software IDA-ICE”, J. Fuel Cell Sci. Technol. Nov 2007, 4(4): 511-515.
20. Henderson H. I., Karambakkam B., Boyer J., Staudt R., “An Hourly Building Simulation Model Aimed at Fuel Cell Applications”, ASME 2006 4th International Conference on Fuel Cell Science, Engineering and Technology, 2006 Pages 741-750.

APA	BAŞYAZICI İ, Ağra Ö (2023). Ticari Binalarda Bileşik Isı Güç Sistemi Olarak Yakıt Pili Uygulaması – Alışveriş Merkezi Örneği. , 45 - 58.
Chicago	BAŞYAZICI İBRAHİM UTKU,Ağra Özden Ticari Binalarda Bileşik Isı Güç Sistemi Olarak Yakıt Pili Uygulaması – Alışveriş Merkezi Örneği. (2023): 45 - 58.
MLA	BAŞYAZICI İBRAHİM UTKU,Ağra Özden Ticari Binalarda Bileşik Isı Güç Sistemi Olarak Yakıt Pili Uygulaması – Alışveriş Merkezi Örneği. , 2023, ss.45 - 58.
AMA	BAŞYAZICI İ,Ağra Ö Ticari Binalarda Bileşik Isı Güç Sistemi Olarak Yakıt Pili Uygulaması – Alışveriş Merkezi Örneği. . 2023; 45 - 58.
Vancouver	BAŞYAZICI İ,Ağra Ö Ticari Binalarda Bileşik Isı Güç Sistemi Olarak Yakıt Pili Uygulaması – Alışveriş Merkezi Örneği. . 2023; 45 - 58.
IEEE	BAŞYAZICI İ,Ağra Ö "Ticari Binalarda Bileşik Isı Güç Sistemi Olarak Yakıt Pili Uygulaması – Alışveriş Merkezi Örneği." , ss.45 - 58, 2023.
ISNAD	BAŞYAZICI, İBRAHİM UTKU - Ağra, Özden. "Ticari Binalarda Bileşik Isı Güç Sistemi Olarak Yakıt Pili Uygulaması – Alışveriş Merkezi Örneği". (2023), 45-58.

APA	BAŞYAZICI İ, Ağra Ö (2023). Ticari Binalarda Bileşik Isı Güç Sistemi Olarak Yakıt Pili Uygulaması – Alışveriş Merkezi Örneği. Tesisat Mühendisliği, (197), 45 - 58.
Chicago	BAŞYAZICI İBRAHİM UTKU,Ağra Özden Ticari Binalarda Bileşik Isı Güç Sistemi Olarak Yakıt Pili Uygulaması – Alışveriş Merkezi Örneği. Tesisat Mühendisliği , no.197 (2023): 45 - 58.
MLA	BAŞYAZICI İBRAHİM UTKU,Ağra Özden Ticari Binalarda Bileşik Isı Güç Sistemi Olarak Yakıt Pili Uygulaması – Alışveriş Merkezi Örneği. Tesisat Mühendisliği, vol., no.197, 2023, ss.45 - 58.
AMA	BAŞYAZICI İ,Ağra Ö Ticari Binalarda Bileşik Isı Güç Sistemi Olarak Yakıt Pili Uygulaması – Alışveriş Merkezi Örneği. Tesisat Mühendisliği. 2023; (197): 45 - 58.
Vancouver	BAŞYAZICI İ,Ağra Ö Ticari Binalarda Bileşik Isı Güç Sistemi Olarak Yakıt Pili Uygulaması – Alışveriş Merkezi Örneği. Tesisat Mühendisliği. 2023; (197): 45 - 58.
IEEE	BAŞYAZICI İ,Ağra Ö "Ticari Binalarda Bileşik Isı Güç Sistemi Olarak Yakıt Pili Uygulaması – Alışveriş Merkezi Örneği." Tesisat Mühendisliği, , ss.45 - 58, 2023.
ISNAD	BAŞYAZICI, İBRAHİM UTKU - Ağra, Özden. "Ticari Binalarda Bileşik Isı Güç Sistemi Olarak Yakıt Pili Uygulaması – Alışveriş Merkezi Örneği". Tesisat Mühendisliği 197 (2023), 45-58.