ارایۀ الگوریتم نوین طراحی توأم با مدل سازی و ارزیابی مقایسه ای برای سیستم های مرکب پیل سوختی تولید مجدد
محورهای موضوعی : مدیریت محیط زیستحسین قدمیان 1 , فریده عتابی 2 , حسنعلی ازگلی 3
1 - استادیار، دانشکدۀ محیط زیست و انرژی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات تهران
2 - استادیار، دانشکدۀ محیط زیست و انرژی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات تهران.
3 - کارشناس ارشد مهندسی انرژی، دانشکدۀ محیط زیست و انرژی، دانشگاه آزاد اسلامی ، واحد علوم و تحقیقات تهران *(مسئول مکاتبات).
کلید واژه: پیل سوختی تولید مجدد, مدل سازی و انتگراسیون, سلول های فتوولتائیک, الکترولیز, چگالی توان, نرم افزار GAMS,
چکیده مقاله :
سیستم پیل سوختی تولید مجددRegenerative Fuel Cell از گروه سیستم های مستقیم تبدیل انرژی به عنوان یک سیستم ذخیره-تولید انرژی نوین مطرح است. این سیستم یک ساختار مرکب شامل زیرسیستم های الکترولیز / پیل سوختی می باشد که مولد آن سیستم فتوولتائیک خورشیدی است. به عبارت ساده مولکول های آب در فرآیند الکترولیز به مولکول های هیدروژن و اکسیژن تجزیه می شود و گازهای حاصل در مخازن فشار بالا ذخیره می گردد، سپس گاز هیدروژن به عنوان سوخت (حامل انرژی) وارد پیل سوختی شده و تولید انرژی الکتریکی می نماید. نتایج حاصل از محاسبات، مدل سازی و طراحی مهندسی نشان می دهد، تغییر وضعیت حامل انرژی از وضعیت الکتریکی به احتراق سرد شیمیایی در بخش پیل سوختی به منزلۀ تولید انرژی داخلی در سیستم بوده و به میزان قابل ملاحظه ای نرخ شدت انرژی تولیدی و ضریب عملکرد سیستم را افزایش می دهد، زیرا با اتصال سیستم فتوولتائیک به واحدهای الکترولیز/ پیل سوختی و با استفاده از انرژی تولید شده در بخش فتوولتائیک، برای سیستم نمونه با ظرفیتkW 1 تولید انرژی داخلی به میزانkW 302/2تولید می شود و همچنین به تبع آن میزان انرژی تولیدی در مجموعه RFC افزایش یافته و بازده کلی سیستم به میزان 45/29% خواهد بود. در این تحقیق عملکرد عمومی سیستم و زیر سیستم های مربوط و مطالعات ظرفیتی مورد بررسی قرار گرفته و با استفاده از فرمولاسیون الکترولیز، پیل سوختی و سلول های فتوولتائیک به صورت جداگانه، مدل سازی با الگوریتم های غیرخطی انجام شده و به کمک نرم افزار GAMS انتگراسیون این سیستم ها صورت گرفته است. همچنین با انجام یک نمونۀ موردی مطالعاتی، راهکارها به منظور محاسبه و طراحی گام به گام سیستم های پیل سوختی تولید مجدد، ارایه شده است.
The results of calculation, modeling and engineering design of RFCs reveal that energy carrier change, from electrical to cold chemical combustion in the fuel cell section, is considered as an internal energy production and significantly increases the produced energy intensity rate and the performance coefficient of the system. By connecting photovoltaic system to electrolyze/fuel cell units and using the energy produced in photovoltaic section, the internal energy generation for a multiple case system with 1 kW capacity will be 2.302 kW, and the energy produced in the RFC complex will increase so that the efficiency of the total integrated system will be 29.45%. In this article, the general performance of the system and its related sub-systems together with capacity studies has been investigated. Then, using electrolyze formulation, fuel cell, and photovoltaic cells separately, modeling has been carried out with non-linear algorithms, and system integration has been done with GAMS software. Also, a step-by-step approach to the calculation and engineering design of the RFC is presented.
