بحران انرژی و آلودگی شهرهای بزرگ سالهاست که به یک مسئله حاد تبدیل شده است. تحقیقات کارشناسی نشان می دهد که علت اصلی آلودگی شهرها، خودروهای با موتور احتراق داخلی می باشند. خودروهای احتراق داخلی معایب فراوانی دارند که از آن جمله می توان به مواردی چون وابستگی به یک نوع انرژی خاص (نفت)، تولید گازهای گلخانه ای مانند دی اکسید کربن، تولید گازهای سمی مانند ، و ، تولید آلودگی صوتی، راندمان پائین سیستم و در نتیجه اتلاف انرژی اشاره نمود. با توجه به موارد فوق خودروهای برقی از دهه 1890مطرح شده و تا دهه 1930 پر طرفدار بوده اند. با پیشرفت خودروهای احتراقی، خودروهای برقی کم کم به فراموشی سپرده شدند تا این که در سال 1960 و به دلیل بحران جهانی بوجود آمده در زمینه تامین سوخت، مجدداً محققین به فکر چاره افتادند و تحقیقات مختلفی را در مورد خودروهای برقی آغاز نمودند. بر این اساس در دو دهه گذشته، تصور می شد که با افزایش کیفی در تکنولوژی ساخت باتریها، عملاً خودروهای برقی جایگاه خاصی را در صنعت حمل و نقل به خود اختصاص خواهند داد، اما امروزه ، تجربه ثابت نموده است که علی رغم پیشرفت های بعمل آمده، خودروهای برقی خالص با محدودیت های بسیاری روبرو بوده و تنها قابلیت استفاده در مسافتهای رانشی محدود و در کاربرد های خاص را دارا هستند. همچنین با توجه به اینکه در این خودروها تنها از یک محرکه رانشی یعنی موتور الکتریکی و درایو مرتبط استفاده می گردد ، قابلیت اعتماد آنها در مقایسه با موتورهای احتراقی کم می باشد. علاوه بر این علی رغم توسعه روشها و الگوریتم های شارژ سریع، بازیابی مجدد انرژی الکتریکی در باتریهای این خودروها زمان بر بوده و با توجه به سیکل های کارکرد محدود باتریهای مورد استفاده، تعویض باتریها، هزینه های بالایی را بر مصرف کنندگان آنها تحمیل می-نماید. در چند ساله اخیر مجموعه عوامل فوق سبب گردیده است که راستای تحقیقات و مطالعات پیرامون خودروهای برقی به سمت نوع هیبرید آن معطوف گردد. اکنون به اثبات رسیده است که خودروهای هیبرید پتانسیل لازم را جهت ادامه رشد در صنعت اتومبیل سازی دارا می باشند و مادامی که منابع سوخت فسیلی به صورت بحرانی کاهش می یابند و ترا کم آلودگی هوا بدلیل توسعه صنعتی در حال افزایش است ، این تکنولوژی جدید ، گامی بزرگ و رو به جلو است. خودروهای هیبرید از سه جهت قیمت، ایمنی وکیفیت قابل رقابت با خودروهای متداول می باشند به همین دلیل کمپانی های بزرگ خودرو سازی در حال توسعه چشمگیر محصولات هیبرید خود به بازار فروش هستند. علاوه بر این خودروها با دارا بودن بازده بالا، آلایندگی بسیار پایین و مسافت رانشی مناسب از مزایای نسبی بیشتری برخوردار هستند. در تکنولوژی خودروهای هیبریدی سعی در ساخت نوعی خودرو می گردد که قابلیت استفاده از انرژی الکتریکی و سوخت های بنزین و یا دیزل را به صورت هم زمان و یا مجزا را داشته باشد و از طرف دیگر سعی شده است معایب هر یک از این سیستم ها به حداقل برسد. همچنین امکان بازیابی انرژی در سیکل های ترمزی و شتاب منفی را داشته باشد. با گذشت زمان محققان به فکر افتادند تا با ترکیب دونیروی محرکه (به عنوان مثال بنزین و برق)مشکلات موجود در خودروهای برقی خالص را حل کرده و راه را برای توسعه این تکنولوژی هموار کنند و اینگونه خودروهای هیبرید الکتریکی به بحثی جدید برای خودروسازان مطرح دنیا تبدیل شد. برخی از دولت های اروپایی و آمریکایی از مشوق های مالی و قانونی برای حمایت از طرح خودروهای هیبرید الکتریکی استفاده کردند که به تفضیل در فصول پایان نامه به این طرح ها خواهیم پرداخت. در همین راستا سازمان بهینه سازی مصرف سوخت کشور اقدام به اجرای طرحی پژوهشی در ارتباط با تدوین استراتژی استفاده از خودروی هیبرید الکتریکی در ایران با همکاری مرکز انتگراسیون انرژی دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی، کرده است.

یکی از معضلات مهم محیط زیستی کشور را می توان استفاده از سوخت های مایع به منظور تولید توان الکتریکی در نیروگاه ها دانست. این موضوع به ویژه در فصل زمستان و در امتداد پدیده وارونگی هوا صدمات جدی بر محیط زیست کلان شهرها وارد می نماید. در این رساله، فرآیند گازی سازی به منظور ارائه راهکاری برای تولید انرژی الکتریکی از سوخت های مایع سنگین و با میزان آلاینده های تولیدی کمتر مورد تحلیل قرار گرفته شده است. برای این منظور ابتدا با شناخت فناوری گازی سازی و اجزاء اصلی سیکل آن، فرآیند مذکور شبیه سازی شده و گاز سنتز تولیدی (متشکل از منواکسید کربن و هیدروژن) به منظور تولید توان الکتریکی و آب شیرین در سیکل های ششگانه پیشنهادی، استفاده شده است. آنالیز انرژی، اگزرژی، اقتصادی، محیط زیستی و تحلیل پارامتریک نتایج نسبت به پارامترهای کلیدی ترمودینامیکی و اقتصادی از جمله تحلیل های صورت گرفته در سناریوهای ششگانه می باشد. بهینه سازی تک هدفه (اقتصادی و ترمودینامیکی به صورت جداگانه) تمامی سناریوها و دوهدفه (ترمواکونومیکی) سناریوی برتر، قسمت پایانی این رساله را تشکیل می دهد. اطلاعات تجربی مورد نیاز به منظور شبیه سازی راکتور گازی ساز از داده های تجربی موجود از یک راکتور تحقیقاتی در ژاپن برداشت شده است. همچنین در آنالیزهای اقتصادی، تاثیرات محیط زیستی استفاده از این فناوری به صورت یارانه کاهش آلاینده های محیط زیستی در تحلیل های صورت گرفته، لحاظ شده است. نتایج حاصل از بخش شبیه سازی راکتور گازی ساز نشان می دهد که خطای موجود در درصد ترکیب حجمی 94 درصد از کل مخلوط زیر 5 درصد می باشد. همچنین در شبیه سازی پیل سوختی اکسید جامد و مقایسه آن با مراجع موجود انطباق مناسبی فیمابین نتایج وجود داشته و تنها در محاسبه افت ولتاژ اهمیک اختلاف 9 درصدی در چگالی جریان بالای 5100 آمپر بر متر مربع وجود دارد که دلیل اصلی رفتارهای غیر متعارف پیل سوختی در این بازه عملکردی می باشد. در بررسی-های صورت گرفته سناریوی پنجم با 24/57 درصد از منظر انرژی، سناریوی پنجم با 98/57 درصد از منظر اگزرژی و سناریوی ششم با 74/66 درصد از نقطه نظر راندمان تولید همزمان حرارت، توان و آب شیرین برترین سناریوها می باشند. از منظر اقتصادی و با در نظر گرفتن یارانه کاهش آلاینده های محیط زیستی بر مبنای محاسبات داخلی، سناریوی ششم با دوره بازگشت سرمایه 71/8 سال بهترین دوره بازگشت سرمایه را به خود اختصاص داده است و برمبنای محاسبات جهانی سناریوی پنجم و ششم با دوره بازگشت سرمایه 3/2 سال بهترین وضعیت را دارا می باشند. همچنین در بررسی های صورت گرفته در سایزهای مختلف نشان داده شد که از نقطه نظر اقتصادی، در سایز 000/10 کیلوگرم در ساعت و بالاتر و در حالت قیمت سوخت ورودی 100و 250 دلار به ازای هر تن، سناریوهای پیشنهادی کاملا توجیه پذیر بوده و دارای دوره بازگشت سرمایه زیر 5 سال می باشند. تولید آب شیرین در سناریوی سوم و ششم نیز باعث افزایش میزان توجیه پذیری سناریوی های پیشنهادی شده است (بر مبنای داخلی 15/93 درصد کاهش و برمبنای جهانی 21/21 درصد کاهش در سناریوی سوم و بر مبنای داخلی 8/56 درصد و بر مبنای جهانی 85/13 درصد کاهش در سناریوی ششم). همچنین نشان داده شده است که در صورت اختصاص یارانه به تکنولوژی های پاک و پیشرفته در حوزه تولید توان، تاثیر یارانه دولت بر قیمت سوخت ناچیز بوده و می توان این بخش از بار مالی دولت را حذف نمود. در بخش بهینه سازی تک هدفه سناریوی پنجم و ششم به ترتیب با 8/23 و 8/29 درصد از منظر اگزرژی و اقتصادی بهینه ترین سناریو در میان گزینه های مورد بررسی می باشند. بهینه سازی دو هدفه سناریوی ششم در بخش پایانی رساله نشان می دهد که بهبود اقتصادی و اگزرژی سناریوی برتر به ترتیب برابر با 27 و 4/10 درصد می باشد.