Hidrojen Elektrolizörü

Hidrojen Elektrolizörü Nedir?

Hidrojen elektrolizörü, suyu hidrojen ve oksijene ayırmak için elektrik gücü tüketen elektrokimyasal bir cihazdır. Hidrojen elektrolizörleri hidrojen üretimi için kullanılır ve yenilenebilir bir güç kaynağı, bir hidrojen tankı ve yakıt hücreli elektrikli araçlar gibi yakıt hücresi sistemleri ile birleştirildiğinde yeşil enerji üretim-depolama dağıtım sisteminin bir parçası olarak kabul edilir.

Üç ana hidrojen elektrolizörü tipi -alkali, polimer elektrolit membran (PEM) ve katı oksit- elektrolit malzemelerindeki farklılıklara odaklanır. Bir PEM hidrojen elektrolizörü, proton taşınmasına izin veren ve elektron akışını engelleyen yarı geçirgen bir membran kullanarak suyu ayrıştırır. Bu özelliği nedeniyle, bu tür bir hidrojen elektrolizörü proton değişim membranı elektrolizörü olarak da bilinir.

Aşağıda gösterildiği gibi, su elektrolizöre anottan girer. İki elektrot arasına doğru akım (DC) elektrik uygulandığında, su molekülündeki negatif yüklü oksijen elektronlarını bırakır ve anotta protonlar, elektronlar ve oksijen oluşur. Protonlar membrandan katoda doğru geçer ve burada protonlar elektronlarla birleşerek hidrojen üretir.

Hidrojen üretmek için suyun elektrolizi sırasında anotta ve katotta ayrıntılı kimyasal reaksiyonlara sahip bir PEM hidrojen elektrolizörü.

PEM elektrolizörleri, diğer hidrojen elektrolizörlerine göre daha yüksek enerji verimliliği, daha geniş çalışma sıcaklığı ve daha kolay bakım nedeniyle değerlidir.

Hidrojen elektrolizörlerinin yazılım modellerini oluşturmak, hidrojen üretiminin farklı doğruluk seviyelerini simüle etmenizi sağlar. Simscape Electrical™ ve Simscape Fluids™ hidrojen elektrolizörü modelleri oluşturmanıza yardımcı olur, böylece şunları yapabilirsiniz:

Detaylı elektrokimyasal reaksiyonu tanımlayan bir hidrojen elektrolizörü modeli kullanarak elektrolizör yığınının elektrotermal performansını değerlendirmek
Bileşen ve tesis dengesi boyutlandırması için işlevsel ayrıntılara sahip bir hidrojen elektrolizörü modeli kullanarak bir hidrojen üretim sisteminin performansını tasarlama, simüle etme ve optimize etme
Döngü içinde donanım testine uygun bir hidrojen elektrolizörü modeli kullanarak bir elektrolizör kontrol sistemi geliştirmek ve ince ayar yapmak
Yenilenebilir enerji kaynakları ve hidrojen elektrolizör modelleri kullanarak hidrojen üretim sistemlerinin teknoekonomik çalışmalarını gerçekleştirmek

Simscape™ ve Simscape Electrical, hidrojen elektrolizörlerinin simülasyonu için model kütüphaneleri sağlar. Bu modelleri, hidrojen elektrolizörünü daha büyük bir elektrik sistemi içinde bir elektrik yükü olarak analiz etmek için kullanabilirsiniz. Simulink® ile, kapalı döngü kontrolleri ve denetleyici mantık tasarımı gibi elektrolizör sistem kontrollerinin geliştirilmesini desteklemek için elektrolizör modellerini kullanabilirsiniz. Embedded Coder® ve HDL Coder™ kullanarak, kontrolör için otomatik olarak okunabilir, verimli C/C++ veya HDL kodu oluşturmak, döngü içinde donanım testi kullanarak kontrol tasarımını doğrulamak ve kodu gömülü işlemcilere veya FPGA/SoC hedeflerine dağıtmak kolaydır.

Bir hidrojen elektrolizörü modeli oluşturmak için Simscape Electrical elektrolizör modeli ile başlayabilirsiniz. Bu model, sağlanan elektrik enerjisine ve su sıcaklığına bağlı olarak üretilen hidrojen ve tüketilen su miktarını sağlar. Hidrojen elektrolizörü modeli, hücre sayısı, su temizleme mantığı, taşıma alanı, elektrotlar arasındaki mesafe ve elektrot çifti sayısı gibi özelleştirilebilir konfigürasyonlara sahip seri bağlı bireysel elektrolizör hücreleri yığınını temsil eder. Parametreleme için ek seçenekler arasında elektroliz verimliliği, verimlilik sıcaklığı, elektrik direnci ve pH değeri varsayımları yer alır.

Simscape Elektrikli elektrolizör modeli.

Simscape Electrical ve Simscape Fluids ile eksiksiz bir PEM elektrolizör modelini özelleştirebilirsiniz. Bu, elektrolizör yığınını ve ısı eşanjörleri, nem gidericiler, basınç regülatörleri, su ve oksijen devridaim yolları ve su yönetimi gibi tesis dengesi bileşenlerini içerir. Ayrıntılı elektrokimya, termal-sıvı ağları ve nemli hava ağlarına sahip bu ilk prensiplere dayalı hidrojen elektrolizörü modeli, hem bileşen hem de sistem seviyelerinde bir PEM elektrolizörü geliştirmenize olanak tanır. Bu model detayı seviyesi size şunları sağlar:

Hidrojen elektrolizörü davranışlarını farklı bileşen özellikleri ve farklı çalışma koşulları altında simüle edin
Termal, basınç ve su yönetimi için tasarım kontrolleri
Elektrolizör yığını sıcaklığı, voltaj, elektrik gücü tüketimi, su tüketimi ve hidrojen üretim seviyesi gibi temel operasyonel ölçümlerin izlenmesi ve yönetilmesi

Bir PEM elektrolizör sistemi oluşturmak için bir membran elektrot düzeneğinin (MEA) bir termal sıvı ağına ve iki ayrı nemli hava ağına nasıl bağlandığını gösteren bir Simulink modeli.

Bir elektrik sisteminin parçası olarak bir hidrojen elektrolizörü modeli, elektrolizör yığını verimliliğini, hidrojen üretimini ve su tüketimini ekonomik hale getirmek için ticari çalışmalar yapmak için bir çerçeve sağlar. Elektrokimyasal reaksiyonlar, su ve hidrojen işleme ve termal yönetim sistemlerine sahip bir hidrojen elektrolizörü modeli, mikro şebeke gibi yeşil bir hidrojen üretim sistemini modellemek için yenilenebilir bir enerji kaynağı (güneş dizisi veya rüzgar çiftliği gibi) ve bir enerji depolama sistemi ile birleştirilebilir.

Bir elektrolizörün, bir güneş dizisi ve bir enerji depolama sistemi ile bir DC mikro şebeke yeşil hidrojen üretim sistemine nasıl entegre edilebileceğini gösteren bir Simulink modeli.

Bir sistem modeliyle simülasyonlar çalıştırmak, yalnızca yenilenebilir enerji kaynağından veya yenilenebilir enerji kaynağı ile enerji depolama sisteminin bir kombinasyonundan güç tüketerek uzun bir süre boyunca yeşil hidrojen üretmenin operasyonel özelliklerini değerlendirmenize olanak tanır.

Yeşil bir hidrojen üretim mikro şebekesinin 180 saatlik bir süre boyunca operasyonel özelliklerini gösteren Simscape kayıtlarından elde edilen simülasyon sonuçları.