Hibrit sistemlerde enerji yönetimi ve optimizasyonu

Abstract

Petrol rezervlerinin azalması ve global ısınmanın artması, ulaşım için gerekli olan enerjinin üretimi için başka kaynaklardan yararlanmayı ve yeni çözümler aramayı teşvik etmektedir. Yakıt hücresi(YH) sistemleri, taşıt enerji sistemleri için yenilenebilir enerji kullanması ve çevreye dost olması sebebiyle, uygun bir çözüm olduğu düşünülmektedir. Ancak araç tahriki için, YH sistemi tek başına kullanılması, bütün yük taleplerini özellikle yüksek güç taleplerini karşılamak noktasında yeterli olmayabilir. Ayrıca tek başına YH kullanımı, sistemin hacim ve maliyetini arttıracaktır. Ek olarak, YH sistemi, bir yenilenebilir enerji kaynağı olan frenleme enerjisinin geri kazanımı yeteneğine sahip değildir. Dahası YH'nin anlık aşırı yük talebi esnasında tek başına kullanılması, YH'nin en önemli alt elemanı olan membranda nemlenme eksikliği veya aşırı nemlenmeye neden olmaktadır. Bu problemleri çözmek için, YH sisteminin, çabuk şarj olma ve yüksek güç yoğunluğu özelliklerine sahip bir enerji depolama sistemiyle beraber hibrit olarak kullanılması gerekmektedir. Ayrıca, bu sistemin bir kontrol metoduyla kontrolü, sistem performansını arttıracak ve enerji kazanımı sağlamış olacaktır.Bu tez, YH ve bir enerji depolama sisteminin hibrit olarak kullanımı ve en iyi verimi almak için bulanık mantık kontrol kullanılarak, sistemin optimizasyonunun sağlanmasını ele almaktadır. Enerji depolama sistemi için, yüksek güç yoğunluğuna sahip ve çabuk şarj olabilen ultrakapasitör (UK) sistemi ve kontrol metodu olarak bulanık mantık tercih edilmiştir. YH/UK hibrit sisteminin matematiksel modeli ve bilgisayar ortamında benzetimi yapılmış ve bulanık mantık kullanılarak sistemin optimizasyonu sağlanmıştır.

Decline in petroleum reserves and increase in global warming encourage to benefit from other sources and seeking new solutions to produce transportation energy requirements. Fuel cell(FC) systems are expected to become an applicable solution for vehicular applications since they use renewable fuel and are environment friendly. However, using only a FC system for vehicle propulsion may not be sufficient to satisfy all the load demands, especially during high power demands. Besides, standalone using of FC system would increase the size and cost of the FC system. In addition, FC systems are not capable of recovering the braking energy that is renewable. Moreover, using FC system alone during high power demand may cause insufficient humidification or flooding problems in fuel cell membrane, which is the most important component of a FC system. To resolve these problems, FC must be used with a proper energy storage unit, which can be charged rapidly and has high power density. Also, a control method will increase system performance and provide energy gain.This thesis deals using FC and an energy storage unit together and providing optimization of system with a control method to obtain best efficiency. For energy storage system, ultracapacitor (UK) system was prefered that has high power density and can be charged rapidly and for the control method, fuzzy logic controller was prefered. The mathematical model and simulation of FC/UK was carried out on computer environment and the optimization of system was executed with fuzzy logic.