بهینه سازی انواع پیل سوختی برای تولید برق و حرارت و انجام یک مطالعه موردی

بدلیل استفاده پیل سوختی از منابع سوخت فسیلی معمولاً آن را جز انرژی های نو بحساب نمی آورند اما با استفاده از بیوگاز به عنوان سوخت برای آن می توان آن را از هر جهت یک نوع انرژی نو به حساب آورد. بیوپیل سوختی را می توان به عنوان یکی از انواع انرژی های نو به حساب آورد که منبع تولید انرژی آن بیوگاز می باشد. در این پایان نامه از یک پیل سوختی متصل به شبکه برای تامین بار الکتریکی و حرارتی 600 منزل مسکونی استفاده شده است. پیل سوختی از بیوگاز تولید شده در شهری که این 600 واحد مسکونی قرار دارند به عنوان سوخت استفاده می کند. بیوگاز از زباله های قابل بازیافت تولید شده و سپس آلودگی های موجود در آن جهت مناسب ساختن آن برای مصرف در پیل سوختی حذف گردیده است و هزینه نهایی بیوگاز برای تحویل به پیل سوختی حساب گردیده است. پیل سوختی مذکور می تواند در صورت باصرفه بودن بیشتر از بار تقاضا شده برق تولید کرده و به شبکه بفروشد و در صورتی که هزینه تولید بیشتر از قیمت برق شبکه باشد می تواند تولید را کم کرده و از شبکه برق بخرد. قیمت برق خریداری شده از شبکه بصورت تابعی از بار الکتریکی تقاضا شده تعریف گردیده است. همچنین از گرمای تولید شده پیل سوختی برای گرمایش منازل استفاده می شود و در صورت کم بودن گرمای تولیدی نسبت به بار حرارتی تقاضا شده، پیل سوختی می تواند از شبکه سراسری گاز خریده و از آن برای تامین بقیه حرارت مورد نیاز استفاده کند. برای این مساله یک مدل ریاضی ارائه شده است و این مدل برای 12 روز اول هر ماه از سال بهینه سازی گردیده و مقدار بهینه سازی صورت گرفته برای هر یک از این روزها بدست آمده است. برای نمونه این نتایج نشان می دهند که در صورتی که از یک پیل سوختی 3500 کیلوواتی برای برای تامین بار الکتریکی و حرارتی این منازل در اول مرداد ماه استفاده شود با استفاده از بهینه سازی حدود 3500 دلار در این روز از هزینه های تولید برق و حرارت کاسته خواهد شد. برای انتخاب توان بهینه پیل سوختی از 7 استک پیل سوختی با توان های 2000-3500 کیلووات و با اختلاف توان 250 کیلووات استفاده شده است و نتایج بدست آمده از آنها با هم مقایسه شده است. در ادامه نشان داده شده است که هر کدام از این استک ها چقدر باعث کاهش هزینه شده است. همچنین نتایج حاصل از مقدار بهینه سازی به ازای هر کیلووات محاسبه شده و نیز تعیین شده که افزایش توان پیل سوختی تا چه مقدار به صرفه خواهد بود و بدین صورت پیل سوختی بهینه انتخاب گردیده است.