طراحی شناور سطحی هیبریدی مبتنی بر پیل سوختی

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 دکتری مهندسی برق، دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، ایران

2 استادیار، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، پژوهشکده علوم و فناوری شمال، ایران

10.22044/jsfm.2024.13540.3787

چکیده

با توجه به چالش‌های مرتبط با سطح آلایندگی و محدودیت منابع سوخت‌های فسیلی، طراحی، ساخت و بهره‌برداری از شناورهای سطحی تما‌م‌برقی با تکیه بر انرژی‌های پاک در حال توسعه است. از طرف دیگر، با عنایت به ویژگی‌های برجسته سوخت هیدروژن و امکان نیل به سطح آلایندگی صفر در فرآیند تولید آن، در سال‌های اخیر، هیدروژن به عنوان سوخت اصلی آینده، مورد توجه بسیاری قرار گرفته است. رشد استفاده از هیدروژن در صنعت حمل و نقل الکتریکی نیز قابل توجه بوده است و در صنعت شناورهای سطحی نیز، استفاده از سوخت هیدروژن و توسعه فناوری پیل سوختی توسعه قابل ملاحظه‌ای یافته است. در این مقاله روند طراحی مفهومی شناور سطحی تمام‌برقی هیبریدی مجهز به پیل سوختی، پیشنهاد شده است. در روند طراحی پیشنهادی، به منظور ایجاد یک رویکرد جامع‌نگرانه و سیستماتیک، با بررسی فازهای پروژه‌های معتبر بین‌المللی در حوزه طراحی، ساخت و بهره‌برداری شناورهای سطحی مبتنی بر پیل سوختی، یک فلوچارت طراحی مفهومی ارائه شده است. با استفاده از این فلوچارت و با در اختیار داشتن پارامترهای ورودی شناور سطحی مانند ظرفیت توان، انرژی مورد نیاز در هر سفر، نرخ تغییرات توان بارهای مصرفی، ابعاد شناور، ظرفیت مخازن سوخت، فضای در دسترس، و فناوری‌های در دسترس شامل ماژول‌های پیل سوختی و نحوه ذخیره‌سازی و تأمین هیدروژن، می‌توان طراحی پایه سیستم قدرت شناورهای سطحی تمام برقی هیبریدی مبتنی بر پیل سوختی را انجام داد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


]1[ ناصر بهارلو هوره و سید عرفان سخنگوی(1402) مروری بر روند توسعه خودروهای پیل‌ سوختی در دنیا. نشریه مهندسی مکانیک, 32(2), 66-80.‎
[2] Farzaneh F and Golmohammad M(2021) Iranian hydrogen production insight: research trends and outlook. Hydrogen, Fuel Cell & Energy Storage, 8(1), 23-33.
[3] Shakeri N, Zadeh M, and Nielsen B (2020) Hydrogen fuel cells for ship electric propulsion: Moving toward greener ships. IEEE Electrification Magazine 8(2): 27-43.
[4]  Han J, Charpentier J, and Tang T (2012) State of the art of fuel cells for ship applications. IEEE international symposium on industrial electronics: 1456-1461.
[5]  Raucci C, Smith T, Rehmatulla N, Palmer K, Balani S and Pogson G (2017) Zero-Emission Vessels 2030: How do we get there?. Online article published by Lloyd's Register and UMAS. https://www.lrs.or.jp/news/pdf/LR_Zero_Emission_Vessels_2030.pdf
[6]  Psoma A and Sattler G (2002) Fuel cell systems for submarines: from the first idea to serial production. Journal of Power Sources 106(1): 381-383.
[7]  https://www.naval-technology.com/projects/type_212/?cf-view.
[8] Kolodziejski M and Michalska-Pozoga I(2023) Battery Energy Storage Systems in Ships’ Hybrid/Electric Propulsion Systems. Energies, 16(3), 1122.
[9]  Hansen J and Wendt F(2015) History and state of the art in commercial electric ship propulsion, integrated power systems, and future trends. Proceedings of the IEEE 103(12):2229-2242.
[10]         Symington W, Belle A, Nguyen H and Binns J(2016) Emerging technologies in marine electric propulsion. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part M: Journal of Engineering for the Maritime Environment 230(1):187-198.
[11]         Carlton J, Aldwinkle J and Anderson J(2013)Future ship powering options: exploring alternative methods of ship propulsion. London: Royal Academy of Engineering.
[12]         Tronstad T and Byrknes J(2003) Fuel cells in ships: safety and reliability.
[13] Fang R, Jiang W, Khan J and Dougal R(2009)System-level thermal modeling and co-simulation with hybrid power system for future all electric ship. IEEE Electric Ship Technologies Symposium:547-553.
[14]https://www.blue-growth.org/Blue_Growth_Technology_Innovation/Hydrogen_Ferries_Cruise_Ships_Cargo_Vessels_Fuel_Cells/FCS_Alsterwasser_Alster_Touristik_Hydrogen_FuelCell_Ships_Hamburg_Riverboat.htm
[15] Fact sheet No 4: Fuel Cell Propulsion, Published by Development Centre for Ship Technology and
      Transport Systems, Germany, April 2020.
[16] Pratt, J. W(2017) Feasibility of the SF-BREEZE: a Zero-Emission Hydrogen Fuel Cell High-Speed Passenger Ferry (No. SAND2017-0692PE). Sandia National Lab.(SNL-CA), Livermore, CA (United States).
[17] Kim K, Park K, Roh G, Choung C, Kwag K and Kim W (2023). Proposal of Zero-Emission Tug in South Korea Using Fuel Cell/Energy Storage System: Economic and Environmental Long-Term Impacts. J. Marine Sci. Eng., 11(3), 540.
[18] German e4ships project reports on fuel cell maritime demos. Fuel Cells Bulletin (2016), Elsevier, Vol 2016, issue 10, page 5.
[19]https://www.argo-anleg.de/en/project/kanalschubboot-elektra/
[20] SFC Fuel Cells for US Army, Major Order from German Military. Fuel Cells Bull. 2012, 6, 4
[21] METHAPU Prototypes Methanol SOFC for Ships. Fuel Cells Bull. 2008, 5, 4–5. 2859(08)70190-1
[22] Lévai E, Matluka Á, Bereczky Á and Kft P(2018) Perspectives for the Use of Hydrogen as Fuel in Inland Shipping A Feasibility Study. Online article published by INDanube. https://indanube.eu/2018/11/06/handover-of-the-feasibility-study-perspectives-for-the-use-of-hydrogen-as-fuel-in-inland-shipping/
[23] Kumar D and  Zare F(2019)A comprehensive review of maritime microgrids: System architectures, energy efficiency, power quality, and regulations. IEEE Access 7(1):67249-67277.
[24] PowerCell S3:30-125 kW PEM Technology. Product datasheet, Published by Bumhan Indutries Company.
[25] Bagherian Farahabadi, H., Rezaei Firozjaee, M., Mohammadpour Mir, A., Youneszadeh, R. (2023). Fuel Cell Power System Conceptual Design for Unmanned Underwater Vehicle. Hydrogen, Fuel Cell & Energy Storage. 10(1):33-50.
[26] Rahimi-Esbo, M., Firouzjaee, M. R., Farahabadi, H. B., & Alizadeh, E. (2024). Performance investigation of a standalone renewable energy system using response surface methodology (RSM): 4E analysis and multi-objective optimization. Energy Conversion and Management, 299, 117752.
[27] Power Cellution Marine System 200, product brochure, published by PowerCell Co, Sweden.
[28] Bristowe G and Smallbone A (2021). The key techno-economic and manufacturing drivers for reducing the cost of power-to-gas and a hydrogen-enabled energy system. Hydrogen, 2(3), 273-300.
[29] Sharpe B and Basma H(2022). A meta-study of purchase costs for zero-emission trucks. International council on clean energy transportation, (s 18).
[30] FCWave product brochure, Ballard Power Systems Co. 2021.
[31] HyPM HD 180 product brochure, Hydrogenics Co. 2012.
[32] MTU 6R0120 DS200 technical datasheet, Rolls-Royce Group, 2021.