techno-economic analysis of combined cycles integrated with solid oxide fuel cells (SOFC)

This study aims to investigate the feasibility, in terms of power production, efficiency, and energy cost, of integrating a solid oxide fuel cell (SOFC) into an existing gas cycle. The baseline gas cycle comprises an H-class gas turbine and a heat recovery steam cycle (HRSG). The investigation utilizes GS (Gas Steam), a modular sequential simulation code developed by researchers at Politecnico di Milano. Results indicate that incorporating the fuel cell into the cycle enhances power production from 763,38 MW to 900,77 MW and improves efficiency from 63,09% to 64,86% based on low heating value. Furthermore, a sensitivity analysis is conducted, examining variations in the inlet mass flow rate of natural gas supplied to the fuel cell and changes in the steam-to-carbon ratio at the inlet of the pre-reformer. In terms of economic analysis, the comparison parameter for the two cycles is the cost of energy (COE), which reveals that integrating the fuel cell reduces the COE from 131,2 €/MWh to 127,7 €/MWh. Additionally, different conditions are explored for COE, involving variations in the cost of natural gas and the investment cost of the SOFC.

Questo studio mira a investigare la fattibilità, in termini di produzione di energia, efficienza e costo energetico, dell'integrazione di una cella a combustibile a ossido solido (SOFC) in un ciclo del gas esistente. Il ciclo del gas di base comprende una turbina a gas di classe H e un ciclo di vapore a recupero di calore (HRSG). L'indagine utilizza GS (Gas Steam), un codice di simulazione sequenziale modulare sviluppato da ricercatori del Politecnico di Milano. I risultati indicano che l'incorporazione della cella a combustibile nel ciclo migliora la produzione di energia da 763,38 MW a 900,77 MW e aumenta l'efficienza dal 63,09% al 64,86% basato sul valore calorifico inferiore. Inoltre, viene condotta un'analisi di sensibilità, esaminando variazioni nel flusso massico in ingresso di gas naturale fornito alla cella a combustibile e cambiamenti nel rapporto vapore-carbone all'ingresso del prereformer. In termini di analisi economica, il parametro di confronto per i due cicli è il costo dell'energia (COE), che rivela che l'integrazione della cella a combustibile riduce il COE da 131,2 €/MWh a 127,7 €/MWh. Inoltre, vengono esplorate diverse condizioni per il COE, coinvolgendo variazioni nel costo del gas naturale e nel costo di investimento della SOFC.