مدل سازی و بهینه سازی یک سیستم پیل سوختی پلیمری با قدرت kw 50 برای کاربرد در حمل ونقل

امروزه افزایش تقاضای انرژی، افزایش قیمت سوخت و محدودیت منابع سوخت های فسیلی از یک طرف و اثرات زیان بار استفاده بیش از حد از این منابع از طرف دیگر موجب شده است تا مطالعه بر روی مبدل های انرژی کارآمد تر و سوخت های پاک در اولویت مراکز تحقیقاتی و شرکت های خودروسازی قرار گیرد. خودروی پیل سوختی به دلیل بازده بالا، آلودگی بسیار کم، صدای کم، قابلیت تهیه سوخت پاک برای آن و تنوع سوختی گزینه بسیار امیدوار کننده ای برای آینده صنعت حمل و نقل است. در پایان نامه حاضر به مدل سازی و بهینه سازی یک سیستم پیل سوختی برای استفاده در خودروی شهری پرداخته شده است. مدل دارای چهار بخش سیستم تغذیه سوخت، تغذیه هوا، توده پیل سوختی و خنک کننده بوده که رفتار استاتیکی سیستم خودرو را به ازای پارامترهای کاری دما، فشار آند و کاتد و استوکیومتری های هوا و سوخت توصیف می کند. اجزای تشکیل دهنده این بخش ها توده پیل سوختی، منبع ذخیره سوخت، رطوبت زن های هوا و سوخت، کمپرسور، رادیاتور، پمپ خنک کننده و پمپ رطوبت زن هستند. در بخش اول مدل سازی در محیط سیمولینک نرم افزار متلب انجام شده است. اثرات دما، فشار، استوکیومتری هوا و رطوبت نسبی واکنش دهنده ها بر روی ولتاژ خروجی توده پیل سوختی تحقیق شده است. نتایج نشان می دهد که افزایش این چهار پارامتر همگی موجب افزایش ولتاژ توده پیل سوختی می شوند اما در این بین افزایش رطوبت نسبی تاثیر قابل ملاحظه ای بر روی ولتاژ خروجی دارد و واکنش دهنده ها قبل از ورود به پیل سوختی بایستی رطوبت زنی شوند. کمپرسور در حدود %25-20 توان تولیدی توسط توده پیل سوختی را مصرف می کند لذا انتخاب کمپرسوری با بازده بالا می تواند قدرت خالص خروجی و بازده کل را به میزان قابل ملاحظه ای افزایش دهد. ماکزیمم بازده کل سیستم در چگالی جریان های پایین اتفاق می افتد که کار در این محدوده موجب افزایش اندازه و در نتیجه قیمت توده پیل سوختی می شود لذا مطلوب است سیستم در چگالی جریان های متوسط (a/cm2 7/0) کار کند تا علاوه بر نزدیکی به نقطه ماکزیمم قدرت خالص خروجی از بازده کل نسبتا بالا نیز بهره مند باشد. در بخش دوم از این تحقیق با استفاده از الگوریتم های بهینه سازی مختلف شرایط کاری بهینه شامل دما، فشار و استوکیومتری هوا برای دو تابع هدف بیشترین قدرت خالص خروجی میانگین و بیشترین بازده کل میانگین بدست آمده و با یک حالت غیر بهینه مقایسه شده است.