全球变暖和化石燃料资源的枯竭迫使人们广泛研究和开发可再生能源。根据气候专家的预测，在不久的将来，可再生能源的各种应用将在世界各地出现。在可再生能源的领域里，绿色或者说可再生的氢能源（即太阳能发电站等可再生电力产生的氢），将与燃料电池系统共同发挥至关重要的作用。欧盟委员会提出的2050年世界经济净零排放的八种情景都与氢能有关[1]。2020年3月，彭博新能源财经报告指出，到2050年清洁氢的使用可以降低全球温室气体排放量的1/3[2]。氢能可以发挥多种作用，例如可以通过使用电解槽和生产氢燃料来将产生的热量储存在太阳能发电站中，所产生的氢可以用于燃料电池系统，向电网输送电力，用于峰值功率调节。氢能和燃料电池工程在学术界和工业界都是一个热门的领域。世界上大多数大学都在不同的院系，包括化学工程、能源系统工程、机械工程等，开设燃料电池系统课程。本书涉及燃料电池建模和仿真的各个方面，涵盖了从微观尺度到宏观尺度的内容。对于高等院校的学生来说，其对燃料电池的数值模拟更感兴趣。在工业领域，世界上许多公司都在致力于燃料电池系统的安装。这些公司使用如GT-SUITE、 AVL、 ANSYS、 COMSOL Multiphysics等不同的软件进行燃料电池模拟，这些软件都使用一个或多个数值模型。本书对有关燃料电池的基础知识进行了详细的介绍和梳理，并且具有很强的系统性，而不只是知识点的简单罗列，有助于读者快速入门燃料电池，掌握相关知识。这本书包括7章和5个附录。第1章简要介绍燃料电池的基础知识，熟悉燃料电池基本原理的读者可以直接研究其他6章。这6章是关于不同应用主题的建模和模拟，从质子交换膜燃料电池、固体氧化物燃料电池和氢存储，到燃料电池电动汽车、燃料电池发电站和基于燃料电池的热电联产系统。第2章主要讨论了质子交换膜燃料电池，在简要介绍了晶格玻尔兹曼方法及其不同部位的输运现象后，介绍了晶格玻尔兹曼、孔隙网络模型、多相流等微尺度仿真技术。然后，建立了单相和多相宏观计算流体力学模型以及用于电池和堆级模拟的一维模型。在所有这些仿真技术中，给出了控制方程和求解程序。第2章还介绍了几个示例、问题及代码。第3章讨论了类似结构的固体氧化物燃料电池，介绍了运输现象、微观模型和宏观模型。第4章介绍了不同的储氢方法及其仿真和建模方法，重点是金属氢化物和先进碳材料的储氢。第5章简要解释了车辆动力学，以及车辆动力系统的一维模型，可用于燃料电池电动汽车的设计和分析，该模型的代码也在附录中提供。最后两章的主题是关于基于燃料电池的发电站和热电联产系统的建模和仿真。由于优化是设计阶段的一个重要因素，其概念在附录中有所解释，并提供了不同的代码来实现不同的优化方法。最后，我们真诚地欢迎任何反馈，如评论、建议、查询、寻找错误、提供更好的解释和讨论其他重要的未讨论的概念。请发送电子邮件到molaeimanesh@iust.ac.ir或ftorabi@kntu.ac.ir，以使本书在再版修订时更为完善。参考文献[1] European Commission， A Clean Planet for all. A European long-term strategic vision for a prosperous， modern， competitive and climate neutral economy， Depth Analysis in Support of the Commission; Communication COM 773 (2018) 2018.[2] Bloomberg NEF， Hydrogen Economy Outlook: Key Messages， New York， USA， 2020.
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