Συντάχθηκε 19-07-2024 09:58
Τόπος:
Σύνδεσμος τηλεδιάσκεψης
Έναρξη: 24/07/2024 10:00
Λήξη: 24/07/2024 11:00
ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ
ΣΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΚΑΙ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ
Ονοματεπώνυμο: Μπούλα Φωτεινή
Αριθμός Μητρώου: 2017010154
Θέμα:
Τίτλος στα Ελληνικά: Δυναμικός σχεδιασμός και προσομοίωση κυψέλης υδρογόνου υψηλής θερμοκρασίας τύπου PEM
Τίτλος στα Αγγλικά: Dynamic modeling and simulation of a high temperature PEM fuel cell
Εξεταστική Επιτροπή:
Επιβλέπων: Ιψάκης Δημήτρης, Επίκουρος Καθηγητής
Πρώτο Μέλος: Δοϊτσίδης Ελευθέριος, Επίκουρος Καθηγητής
Δεύτερο Μέλος: Πιπερίδης Σάββας, ΕΔΙΠ
Περίληψη:
Τα τελευταία χρόνια οι κυψέλες υδρογόνου έχουν βρεθεί στο επίκεντρο πολλών ερευνών ως ανερχόμενη τεχνολογία ως καθαρός και αποτελεσματικός τρόπος μετατροπής ενέργειας. Οι κυψέλες καυσίμου μετατρέπουν τη χημική ενέργεια του υδρογόνου σε ηλεκτρική με μόνους ρύπους νερό και θερμότητα. Τα πλεονεκτήματα των κυψελών καυσίμου είναι αρκετά συγκριτικά με τις παραδοσιακές μεθόδους μετατροπής ενέργειας. Μερικά από αυτά τα πλεονεκτήματα είναι μεγαλύτερος βαθμός απόδοσης, μειωμένη παραγωγή καυσαερίων και μεγάλο εύρος στην επιλογή καυσίμου. Υπάρχουν διάφοροι τύποι κυψελών καυσίμου, με πιο διαδεδομένη την κυψέλη καυσίμου πολυμερισμένης μεμβράνης (PEMFC), λόγω του μεγάλου εύρους εφαρμογών της.
Η συγκεκριμένη διπλωματική εργασία επικεντρώνεται στη μελέτη της δυναμικής συμπεριφοράς κυψέλης υδρογόνου υψηλής θερμοκρασίας μέσω ανάλυσης με ισοζύγια μάζας και ενέργειας από τα οποία προέκυψαν και οι διαφορικές εξισώσεις που περιγράφουν το σύστημα. Δημιουργήθηκε ένα δυναμικό μοντέλο σε περιβάλλον MATLAB αποτελούμενο από 13 διαφορικές εξισώσεις πρώτης τάξης. Στη συνέχεια έγινε γραμμικοποίηση κατά Taylor του μοντέλου και, τέλος, από το γραμμικό σύστημα προέκυψε το μοντέλο χώρου-κατάστασης. Το μοντέλο αυτό αποτελέι μια νέα προσέγγιση που ξεπερνά τους περιορισμούς των μεθόδων που βασίζονται σε συναρτήσεις και προσφέρει πληροφορίες για την εσωτερική κατάσταση του συστήματος.
Το σύστημα της κυψέλης καυσίμου προσομοιώθηκε για τα τρία μοντέλα: μη γραμμικό, γραμμικό και μοντέλο χώρου-κατάστασης. Προσομοιώθηκαν διάφορα σενάρια για την αξιολόγηση της συμπεριφοράς του συστήματος σε αλλαγές. Τα σενάρια αυτά περιλαμβάνουν αλλαγές στις τιμές εισορχόμενης ροής υδρογόνου και ψυκτικού υγρού τόσο μεμονομένες όσο και ταυτόχρονες.
Τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων απεικονίστηκαν σε γραφικές παραστάσεις και συγκριτικούς πίνακες και δείχνουν ότι το σύστημα ανταποκρίνεται στις αλλαγές στις ροές εισόδου υδρογόνου και ψυκτικού υγρού. Τα αποτελέσματα είναι τα αναμενόμενα για τις αλλαγές που πραγματοποιήθηκαν. Αυτή η συνέπεια των αποτελεσμάτων μπορεί να αποτελέσει έναυσμα για την δημιουργία αυτοματοποιημένων ελεγκτών για πιο αποτελεσματική διαχείριση του συστήματος κυψελών καυσίμου.
Περίληψη (Αγγλικά):
In recent years, hydrogen fuel cells have gained significant attention as a promising technology for clean and efficient energy conversion. These fuel cells convert the chemical energy of hydrogen into electricity producing only water and heat as by-products. They offer several advantages over conventional energy sources, including higher efficiency, lower emissions, and greater flexibility in fuel selection.There are various types of fuel cells, with Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFC) being the most common due to their wide range of applications.
The focus of this study was on the dynamic behavior of high-temperature fuel cells, analyzed through mass and energy balance differential equations. A dynamic model was developed in the MATLAB environment, comprising 13 first-order differential equations. This model was linearized using Taylor factorization which was then used to produce a state-space model. The state-space model is a modern approach that overcomes limitations of function-based methods and offers insights into the system's internal state.
The fuel cell system was simulated under three scenarios: non-linear code, linear code, and the state-space model. Various scenarios were simulated to assess system response. These scenarios included increases and decreases in hydrogen and coolant input flows, both individually and simultaneously.
Results from the simulations were consistent across all models, with the system responding to changes in hydrogen and coolant input flows. Graphs and table comparisons illustrated the outcomes, confirming that the system's behavior aligned with expectations. This consistency supports the potential for introducing automated controllers to manage the fuel cell system more effectively.
Ημ/νία εξέτασης: 24-07-2024
Ώρα: 10:00
Χώρος εξέτασης:
Η παρουσίαση θα γίνει με τηλεδιάσκεψη: https://tuc-gr.zoom.us/j/91520877586?pwd=d3I2QjIraWN2UDVkNkN4aElFd0puQT09
