An adaptive model-based feedforward temperature control of a 100 kW PEM electrolyzer

Keller, Roger; Rauls, Edward; Hehemann, Michael; Müller, Martin

doi:10.1016/j.conengprac.2021.104992

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“…Además, como se muestra en [5,10], aunque se hacen consideraciones dinámicas y térmicas, las principales ecuaciones dadas son las que gobiernan el voltaje. Sin embargo, hay modelos de electrólisis PEM que también incluyen balances de masas y consideraciones de flujo [1,12,14,19,21,22,25,26,32], modelización de membranas [1,2,14,21,22,25,26,32], submódulos térmicos [8,12,13,19,20,23,25,26,30] y elementos auxiliares [12,14,21,23,25,30,32].…”

Section: Estado Del Arte En Modeladounclassified

“…• Se emplea un modelo dinámico agrupado de capacitancia térmica [7,8,12,13,15,19,20,23,25,26,29,30].…”

Section: Modelo Térmicounclassified

“…• La temperatura ambiente se considera constante [11,12,19,20,30]. • La energía de salida de hidrógeno, oxígeno y agua se desprecia [7,12,13,23,29,30].…”

Section: Modelo Térmicounclassified

“…Con estas consideraciones, el modelo térmico se basa en la propuesta de [29], que después han empleado diferentes autores [7,8,12,13,15,19,20,23,25,26,30] con ciertas modificaciones. La ecuación (9) resulta de aplicar un balance de energía al electrolizador.…”

Section: Modelo Térmicounclassified

“…Especialmente interesante es la última, ya que la eficiencia del electrolizador PEM mejora conforme sube la temperatura [13,16,22,32], pero temperaturas altas aceleran la degradación de la membrana por razones térmicas y químicas [6,20,25,26]. Por tanto, hay que llegar a un compromiso que necesita control y supervisión de temperatura para funcionar de manera óptima [11,19,20,25,26]. Además, en la conexión con renovables, la importancia del control es aún mayor, ya que se operará a temperaturas cercanas al límite y los cambios inesperados en la corriente de entrada pueden provocar que ese límite se sobrepase.…”

Section: Introductionunclassified

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Desarrollo y validación experimental del modelo dinámico de un electrolizador PEM de 1kW para su integración con generación renovable

Nieto¹,

Bordons²

2022

XLIII Jornadas De Automática: Libro De Actas: 7, 8 Y 9 De Septiembre De 2022, Logroño (La Rioja)

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En este artículo se construye un modelo dinámico de un electrolizador tipo PEM (Proton Exchange Membrane o Polymer Electrolyte Membrane). El modelo incluye el dominio electroquímico para conocer la evolución de la tensión en función de la intensidad (o potencia) de entrada al mismo, temperatura de funcionamiento y presiones de hidrógeno y oxígeno, y el domino térmico para conocer la evolución de la temperatura en función de la intensidad (o potencia) de entrada, tensión y temperatura ambiente. El modelo se basa en ecuaciones ampliamente empleadas por la comunidad científica y en el ajuste de parámetros en función de los datos reales de un electrolizador PEM de 1 kW. La implementación de las ecuaciones, simulación del modelo y validación del mismo se lleva a cabo con el software MATLAB/Simulink. Para la toma de datos se recurre a datos experimentales obtenidos en el laboratorio. Este modelo puede ser usado para el diseño de sistemas de gestión de energía en instalaciones de producción de hidrógeno renovable.

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Section: Estado Del Arte En Modeladounclassified

“…• Se emplea un modelo dinámico agrupado de capacitancia térmica [7,8,12,13,15,19,20,23,25,26,29,30].…”

Section: Modelo Térmicounclassified

“…• La temperatura ambiente se considera constante [11,12,19,20,30]. • La energía de salida de hidrógeno, oxígeno y agua se desprecia [7,12,13,23,29,30].…”

Section: Modelo Térmicounclassified

Section: Introductionunclassified

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Desarrollo y validación experimental del modelo dinámico de un electrolizador PEM de 1kW para su integración con generación renovable

Nieto¹,

Bordons²

2022

XLIII Jornadas De Automática: Libro De Actas: 7, 8 Y 9 De Septiembre De 2022, Logroño (La Rioja)

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Optimal Fractional‐Order Proportion Integration Differentiation Control of Proton Exchange Membrane Electrolyzer for Offshore Wind Power Hydrogen Production System

Tong¹,

Wei²,

Jin

et al. 2023

Energy Tech

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Offshore wind power is mostly of strong randomness and unpredictability, which brings a great challenge to proton exchange membrane (PEM) water electrolysis‐based hydrogen production. Besides, volatile temperature and pressure tend to impose prominent impacts on electrolyzer parameters as well. By analyzing the electrochemical characteristics of PEM electrolyzers, the electrochemical model of PEM electrolyzer in offshore wind power generation hydrogen production system is established. To ensure the control performance of PEM electrolyzers, the fractional‐order proportion integration differentiation (FOPID) control strategy and the improved firefly algorithm (IFA) are introduced, and the relevant parameters are optimized according to the overshoot and stability time as evaluation indicators. In order to adapt to the FOPID control requirements, a step‐type inertia weighting factor is employed to improve the classical firefly algorithm to avoid local optimum, and a mutation mechanism is used to expand the search range. Verification results show that the proposed IFAFOPID controller is superior to the traditional PID controller with a smaller overshoot and a shorter transition time subject to different disturbances, and thus is more beneficial to achieve precise voltage control and obtain stable hydrogen output.

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Global Trends in PEM Electrolyzer Research Based on Published Articles

Bai,

Li,

Deng

et al. 2024

Springer Proceedings in Physics

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As one of the representative new energy, hydrogen has received widely attention in recent years. PEM electrolyzer plays a central role in hydrogen production process. In this paper, 411 publications related to PEM electrolyzer collected from Web of Science released between 2005 and 2022 were analyzed through bibliometric to explore research hot-spots and future trends by analyzing publication and citation, countries and authors, journals and keywords. According to statistics and analysis, (1) Iran and Dincer Ibrahim were the most productive countries and authors, respectively. (2) International Journal of Hydrogen Energy was the mainly journal of PEM electrolyzer related publications. (3) Component and Hybrid System are likely to remain prominent areas of research in the foreseeable future. (4) Current hot-spots, such as Two Phase Flow and Hybrid System, may receive even more attention in the foreseeable future.

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An adaptive model-based feedforward temperature control of a 100 kW PEM electrolyzer

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Desarrollo y validación experimental del modelo dinámico de un electrolizador PEM de 1kW para su integración con generación renovable

Desarrollo y validación experimental del modelo dinámico de un electrolizador PEM de 1kW para su integración con generación renovable

Optimal Fractional‐Order Proportion Integration Differentiation Control of Proton Exchange Membrane Electrolyzer for Offshore Wind Power Hydrogen Production System

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