شبيه سازي ترموديناميكي يك سيستم هيبريدي توربين باد و پيل سوختي با كاربرد در يك سيستم مستقل از شبكه

Thermodynamic simulation of a wind turbine-fuel cell hybrid system with application in a distributed generation system

هدف از ارائه اين مقاله شبيه‌سازي ترموديناميكي يك سيستم هيبريدي توربين باد و پيل‌سوختي پليمري مستقل از شبكه براي به‌كارگيري در چهار شهر تهران، مشهد، منجيل و زابل مي‌باشد. با توجه به اهميت پيل‌سوختي در كاهش نوسانات توان خروجي توربين بادي و همچنين انعطاف‌پذيري سيستم هيبريدي در مقابل تغييرات شرايط جوي و نوسانات توان مصرفي، از چند پيل‌سوختي و الكترولايزر با توان مناسب جهت به‌كارگيري در سيستم هيبريدي استفاده شده است. هدف اوليه اين پژوهش اين است كه توربين بادي تا چه حدي مي-تواند پاسخگوي توان مصرفي واحدهاي مسكوني باشد و در صورت عدم تامين توان لازم براي تعداد واحدهاي بالاتر چند پيل‌سوختي و الكترولايزر مورد نياز است. نتايج بيانگر آن است كه سيستم هيبريدي براي شهر تهران، براي تعداد واحدهاي كم قادر به تامين توان مصرفي مي‌باشد، اين در حاليست كه براي شهر منجيل و زابل تعداد واحدهاي تحت پوشش به صورت چشمگيري افزايش مي‌يابد. همچنين به دليل سرعت پايين باد در شهر مشهد، سيستم هيبريدي به هيچ عنوان پاسخگوي توان مصرفي واحدهاي معرفي شده نمي‌باشد. نتايج بيانگر اين مساله است كه با افزايش تعداد واحدهاي مسكوني، سهم تامين توان توسط پيل‌سوختي افزايش مي‌يابد. سيستم هيبريدي پيشنهادي براي شهرهاي تهران، منجيل و زابل به ترتيب تا 6، 68 و 34 واحد مسكوني قادر به تامين توان مصرفي بوده و براي اين تعداد واحد مسكوني سهم پيل‌سوختي به ترتيب 10/2، 11/3 و 8/31 درصد از توان توليدي مي‌باشد. همچنين هزينه راه‌اندازي سيستم هيبريدي معرفي‌شده در مقايسه با نيروگاه‌هاي سيكل تركيبي با سوخت فسيلي تقريبا يكسان مي‌باشد.

The aim of this article is to design wind turbine PEM (polymer electrolyte membrane) fuel cell hybrid system in standalone area for Tehran, Mashhad, Manjil, and Zabol. According to importance of fuel cell role in output power fluctuation reduction of wind turbine and flexibility of hybrid system against changes of atmospheric conditions and fluctuations of consumption power, fuel cell and electrolysis with suitable power is selected in different numbers. In this research study, we have attempted to find out up to how many residential units, a wind turbine is able to meet the consumption power, and up to how many electrolysis and fuel cells are required for higher numbers of residential units. Providing consumption hydrogen by electrolysis and consumption power by hybrid system are design conditions of the system. Results indicate that the hybrid system is able to supply electrical energy for a few number of residential units in Tehran however, this number increases dramatically in Manjil and Zabol with 6,68 ,and 34 residential units respectively. In addition, hybrid system in Mashhad, due to poor wind speed, is not capable of meeting the demand. By increasing number of residential units, share of fuel cell increases in hybrid system. Also result shows that the capital cost of the hybrid system is approximately equal to the capital cost of combined-cycle power plant.