Αναλυση - Λειτουργια Κυψελων Καυσιμου Και Προσομοιωση Λειτουργιας Κυψελης Καυσιμου Μεμβρανης Ανταλλαγης Πρωτονιων (pemfc) Για Την Παραγωγη Ηλεκτρικης Ενεργειας

Abstract

Σκοπός της διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη των κυψελών καυσίμου, η ανάλυση της κυψέλης καυσίμου μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων PEMFC και η προσομοίωση της λειτουργίας της κατά τη μεταβατική κατάσταση.Συγκεκριμένα στο 1ο κεφάλαιο παρουσιάζεται η αρχή λειτουργίας των κυψελών καυσίμου. Ακολουθεί η ιστορική αναδρομή από το 1839 όπου επινοήθηκε η βασική αρχή λειτουργίας από τον sir William Grove, μέχρι σήμερα.Στο 2ο κεφάλαιο αναλύονται τα κύρια στοιχεία μίας κυψέλης καυσίμου, δηλαδή ο ηλεκτρολύτης, τα ηλεκτρόδια, το στρώμα διάχυσης αερίων και οι διπολικές πλάκες. Στη συνέχεια γίνεται αναφορά στα καύσιμα που χρησιμοποιούν οι κυψέλες καυσίμου και αναλύονται οι ιδιότητες του υδρογόνου, οι τρόποι παραγωγής του, η αποθήκευση και μεταφορά του.Στο 3ο κεφάλαιο γίνεται η διάκριση των τύπων κυψελών καυσίμου ανάλογα με τον τύπο του ηλεκτρολύτη που διαθέτουν. Ακολουθεί ανάλυση κάθε τύπου ξεχωριστά. Στη συνέχεια γίνεται αναφορά στην επίδειξη και εμπορευματοποίηση των κυψελών καυσίμου ανάλογα τον τύπο, η κατάσταση εμπορευματοποίησης σε διάφορες χώρες και οι μελλοντικές τάσεις.Στο 4ο κεφάλαιο γίνεται μια πιο λεπτομερής περιγραφή της λειτουργίας και της δομής της κυψέλης καυσίμου μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων, αφού αυτός ο τύπος κυψέλης καυσίμου θα χρησιμοποιηθεί για τη μοντελοποίηση. Στη συνέχεια αναφέρονται οι παράγοντες που επηρεάζουν την λειτουργία της. Επεξηγείται ο τρόπος λειτουργίας της συστοιχίας κυψελών καυσίμου, ακολουθεί η ανάλυση μιας μονάδας παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με PEMFC και οι τρόποι μείωσης του κόστους της κυψέλης καυσίμου μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων. Τέλος αναφέρονται τα ηλεκτρονικά ισχύος και ο έλεγχος της ροής ισχύος.Στο 5ο κεφάλαιο, γίνεται ανάλυση των ηλεκτροχημικών εξισώσεων των αερίων αντιδρώντων και προϊόντων της κυψέλης καυσίμου και εξάγονται οι σχέσεις με τις οποίες θα κατασκευαστεί το μοντέλο στο Matlab (Simulink). Ακολουθεί η ανάλυση της τάσης εξόδου της συστοιχίας των κυψελών καυσίμου και οι γραφικές παραστάσεις στη μόνιμη κατάσταση λειτουργίας. Τέλος μοντελοποιείται η PEMFC και εξάγονται τα αποτελέσματα.Στο 6ο κεφάλαιο υπάρχουν τα αποτελέσματα των μετρήσεων από την πραγματική κυψέλη καυσίμου μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων.