Optimization of heating system of a caravan cabin assisted by PEM fuel cells in arid environments

Abstract

تناول هذا العمل نوعًا من الطاقة المتجددة، ألا وهي طاقة الهيدروجين، وبشكل خاص تحويلها بواسطة خلية وقود PEM. وبالتالي، تحليلُ عمل الخلية التي تُحوّل الطاقة الكيميائية إلى كهرباء مع إطلاق الماء والحرارة. تُستخدم الكهرباء المُنتجة والحرارة المُطلقة لتدفئة قاطرة. أتاحت المحاكاة العددية لهذا النظام على Matlab فهم تأثير هذه المعاملات على عملها. اما تحسين تشغيل نظام التدفئة فكان باستخدام خوارزمية وراثية لتقليل السطح النشط للخلية. تُظهر النتائج أن الطاقة المُنتجة من الخلية تُغطي احتياجات التدفئة وإمدادات الطاقة للقاطرة خلال ليالي الشتاء القارس، بحيث لا يتجاوز استهلاك الهيدروجين في الليلة الواحدة 3.5 لتر من خزان هيدروجين مضغوط إلى 100 بار

This work deals with a type of renewable energy, namely hydrogen energy, and more precisely its conversion by the PEM fuel cells. Also, the operation analysis of the fuel cells which converts chemical energy into electricity with a release of water and heat. The electricity and the released heat are used for heating a caravan. The numerical simulation of this system on Matlab software help to understand the influence of the parameters on their operation. The heating operation is optimized by the genetic algorithm to reduce the active surface of the cells. The results show that the energy produced by the cells covers the heating needs and the power supply of the caravan during a very cold winter night such that the hydrogen consumption does not exceed 3.5 liters from a hydrogen tank compressed to 100 bars.

تناول هذا العمل نوعًا من الطاقة المتجددة، ألا وهي طاقة الهيدروجين، وبشكل خاص تحويلها بواسطة خلية وقود PEM. وبالتالي، تحليلُ عمل الخلية التي تُحوّل الطاقة الكيميائية إلى كهرباء مع إطلاق الماء والحرارة. تُستخدم الكهرباء المُنتجة والحرارة المُطلقة لتدفئة قاطرة. أتاحت المحاكاة العددية لهذا النظام على Matlab فهم تأثير هذه المعاملات على عملها. اما تحسين تشغيل نظام التدفئة فكان باستخدام خوارزمية وراثية لتقليل السطح النشط للخلية. تُظهر النتائج أن الطاقة المُنتجة من الخلية تُغطي احتياجات التدفئة وإمدادات الطاقة للقاطرة خلال ليالي الشتاء القارس، بحيث لا يتجاوز استهلاك الهيدروجين في الليلة الواحدة 3.5 لتر من خزان هيدروجين مضغوط إلى 100 بار