Đề kiểm tra (Bài tập lớn 3) môn Năng lượng tái tạo - Năm học 2013-2014 (Có đáp án)

ĐỀ KIỂM TRA (bài tập lớn 3), NĂM HỌC 2013-2014. 
MÔN: NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO. Thời gian: 25 phút. 
Sinh viên được phép sử dụng tài liệu. Không được phép trao đổi tài liệu. 
Câu 1: Tính toán công suất và dòng điện cấp cho tải từ pin nhiện liệu loại 20 tế bào nối tiếp dùng 
khí CH4? Biết pin tiêu thụ 10lit CH4 /giờ ở điều kiện tiêu chuẩn (STP, 1atm, 25
oC). Nước tạo ra ở 
thể lỏng. Giả sử hiệu suất của pin bằng ½ hiệu suất lý tưởng. (6 đ) 
Câu 2: Tính toán lượng điện năng tạo ra từ 1 kg H2 (hóa lỏng) cung cấp cho pin nhiện liệu hoạt 
động ở 1atm, 4025oC. Biết nước tạo ra ở thể lỏng. 
 a) Giả sử hiệu suất của pin là 40%. (3 đ) 
 b) Giả sử hiệu suất của pin bằng 60% hiệu suất lý thuyết. (1 đ) 
-------------------------------------------------HẾT------------------------------------------------- 
 Đáp án (chính thức): 
Câu 1. 
Ket qua _________________________________________________________ 
1) HHV = 890.200000 [kJ/mol] = 55637.500000 [kJ/kg] 
1) Qmin = 72.510080 [kJ/mol] = 4531.880000 [kJ/kg] 
1) Eff_max = 91.8546 [%] 
1) Eff_r = 45.9273 [%] 
1) Wer = 375.685438 [kJ/mol] = 6.522317 52.178533 [kWh/kg] 
1) Pmax = 101.438492 [W] 
1) P = 50.719246 [W] 
1) I = [A] (do 20 tế bào nối tiếp nên lượng khí chia đều cho 20, dòng điện giống nhau) 
1) Vr = 21.197764 [V] 
1) Vcell =Vr/20 = 1.059888 [V/cell] 
Câu 2. 
Ket qua _________________________________________________________ 
a) HHV = 285.800000 [kJ/mol] = 142900.000000 [kJ/kg] = 39.694444 [kWh/kg] 
a) We_a = 15.877778 [kWh/kg]= 57160.000000 [kJ/kg] 
b) Eff_max = 83.037372 [%] 
b) Eff_r = 49.822423 [%] 
b) We_b = 19.766667 [kWh/kg]= 71160.000000 [kJ/kg] 
Câu 1. 
% Lop NLTT 2013, KT10% 
% Cau 1_Fuel cell 
clc 
clear all 
T=25+273.15 %[oK] 
% Cau a 
%CH4 + 2 O2 -> CO2 + 2 H2O (liquid) 
%(-74.9) 2*0 (-393.5) 2(-285.8) 
delta_H = 2*(-285.8) -393.5 - (-74.9) %[kJ/mol CH3OH] 
HHV_mol=abs(delta_H) 
%MW = 2*1.008 
MW = 12 + 4*1 
HHV_kg=HHV_mol/MW*1000 %[kJ/kg] 
% Cau b 
%CH4 + 2 O2 -> CO2 + 2 H2O (liquid) 
%0.186 2*0.205 0.213 2*0.0699 
delta_S=0.186 + 2*0.205 - 0.213 - 2*0.0699 %[kJ/mol-K] 
Qmin=T*delta_S %[kJ/mol] 
Qmin_kg=Qmin/MW*1000 %[kJ/kg] 
H=HHV_mol 
Eff_max=1-Qmin/H 
%CH4 + 2 O2 -> CO2 + 2 H2O (liquid) 
%-50.8 2*0 -394.4 2*(-237.2) 
delta_G= -394.4 + 2*(-237.2) +50.8 - 2*0 %[kJ/mol-K] 
We=abs(delta_G) 
We=H-Qmin 
Eff_max=We/H 
Eff_r = 0.5 * Eff_max 
Wer_mol = Eff_r * abs(delta_G) %[kJ/mol] 
Wer_kg = Wer_mol/3600*1000/2 MW %[kWh/kg] 
% Cau c 
n = 10 % Luu luong khi qua bo pin 
n_cell = n/20 % Luu luong khi qua 1 te bao pin 
% Cach 1 
 P_in=1000*HHV_mol*n/22.4*1/3600 
 P=P_in*Eff_r 
% Cach 2 
 P_max=1000*abs(delta_G)*n/22.4*1/3600 
 P=0.5*P_max 
I=n_cell/22.4*1/3600*6.022e23*4*1.602e-19 % 4 electron 
Vr=P/I 
disp('Ket qua _________________________________________________________') 
TEXT = sprintf('1) HHV = %f [kJ/mol] = %f [kJ/kg]', HHV_mol, HHV_kg); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('1) Qmin = %f [kJ/mol] = %f [kJ/kg]', Qmin, Qmin_kg); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('1) Eff_max = %f [%%]', Eff_max*100); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('1) Eff_r = %f [%%]', Eff_r*100); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('1) Wer = %f [kJ/mol] = %f [kWh/kg]', Wer_mol, Wer_kg); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('1) Pmax = %f [W]', P_max); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('1) P = %f [W]', P); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('1) I = %f [A]', I); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('1) Vr = %f [V]', Vr); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('1) Vcell =Vr/20 = %f [V/cell]', Vr/20); disp(TEXT) 
Câu 2. 
% Lop NLTT 2013, KT10% 
% Cau 2_Fuel cell 
clc 
clear all 
T=25+273.15 %[oK] -------- Tinh o 25oC 
% Cau a------------------------------------ 
%H2 + 1/2*O2 -> H2O (liquid) 
%0 0 (-285.8) 
delta_H = -285.8 - (0+0) %[kJ/mol CH3OH] 
HHV_mol=abs(delta_H) 
%MW = 2*1.008 
MW = 2*1 
HHV_kg=HHV_mol/MW*1000 %[kJ/kg]=[kW.s/kg] 
HHV_kWh_kg=HHV_kg/3600 %[kJ/kg]=[kW.s/kg] 
We_a=40/100*HHV_kWh_kg %[kJ/kg]=[kW.s/kg] 
% Cau b------------------------------------ 
%H2 + 1/2*O2 -> H2O (liquid) 
%0.130 1/2*0.205 0.0699 
delta_S=0.13+1/2*0.205-(0.0699) %[kJ/mol-K] 
Qmin=T*delta_S %[kJ/mol] 
H=HHV_mol 
Eff_max=1-Qmin/H 
%CH3OH + 3/2*O2 -> CO2 + 2*H2O 
%H2 + 1/2*O2 -> H2O (liquid) 
%0 0 -237.2 
delta_G= (-237.2)-0-0 %[kJ/mol-K] 
We=delta_G 
We=H-Qmin 
Eff_max=We/H 
Eff_r = 0.6 * Eff_max 
%Cach 1 
 Wer = Eff_r * HHV_mol %[kJ/mol] 
 We_b = Wer/3600*1000*0.5/MW %[kWh/kg] 
%Cach 2 
 Wer = 0.6 * abs(delta_G) %[kJ/mol] 
 We_b = Wer/3600*1000*0.5/MW %[kWh/kg] 
disp('Ket qua _________________________________________________________') 
TEXT = sprintf('a) HHV = %f [kJ/mol] = %f [kJ/kg] = %f [kWh/kg]', HHV_mol, HHV_kg, HHV_kWh_kg); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('a) We_a = %f [kWh/kg]= %f [kJ/kg]', We_a, We_a*3600); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('b) Eff_max = %f [%%]', Eff_max*100); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('b) Eff_r = %f [%%]', Eff_r*100); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('b) We_b = %f [kWh/kg]= %f [kJ/kg]', We_b, We_b*3600); disp(TEXT)