بهينه سازي دما و فشار عملكردي الكترولايزر غشا پليمري بر اساس مدلسازي و آناليز انرژي و اگسرژي

Optimization of functional parameters in PEM electrolyzer by Energy and Exergy analysis

تجديدپذير باعث ايجاد قالب هاي جديدي براي استفاده عمومي از منابع انرژي نو مانند هيدروژن گشته است. الكترولايزرهاي غشا پليمري يكي از رايج ترين مبدل هاي انرژي جهت توليد هيدروژن مي باشند. در اين پژوهش سعي بر آن است تا با آناليز اگسرژي و انرژي الكترولايزرهاي غشا پليمري تاثير پارامترهاي مختلف عملكردي بر بازده انرژي و اگسرژي كل سيستم در نظر گرفته شود. براي اين منظور، ابتدا معادلات الكتريكي-شيميايي- مكانيكي حاكم بر سيستم الكترولايزر غشا پليمري بيان شده و مدل اگسرژي- انرژي آن توسط نرم افزار متلب توسعه داده شده و در انتها، نتايج حاصل از آن مورد تجزيه و تحليل قرار گرفته و مقادير بهينه پارامترهاي عملكردي دما و فشار با استفاده از بازده اگسرژي معرفي مي گردد. نتايج حاكي از آن است كه افزايش فشار و همچنين افزايش دما سبب نزديك شدن بازه اگسرژي سيستم به بازه انرژي آن و همچنين افزايش عملكرد الكترولايزر ميگردد. بهينه مقدار عملكردي دما برابر 273 كلوين و مناسبترين فشار برابر 3 اتمسفر مي باشد. همچنين با افزايش چگالي جريان الكترولايزر و يا بعبارتي افزايش تعداد هيدروژن هاي توليدي، پتانسيل الكترولايزر افزايش مي يابد.

Inappropriate effects of fossil fuels and conventional power generation systems on the environment as well as the growing interests in renewable energy systems have necessitated a sustainable energy system for the next decade. Hydrogen is the one of known new energy fuel for sustainability that could generate by PEM electrolyzer. The present study was aimed at optimization of functional parameters of PEM electrolyzer by energy and exergy analysis. For this, we have developed a electrochemical- mechanical model by MATLAB and analyze the energy and exergy efficiency. The results revealed that increased of pressure and temperature cause to close the exergy efficiency to energy efficiency and improve the system performance. The optimal pressure and temperature respectively are 3 atm and 273 K. Also, the voltage of system are raised by increasing the current density.