Descripció del projecte
L’hidrogen com a vector energètic és fonamental per a la transició energètica, l’emancipació energètica i la descarbonització, especialment quan es produeix a partir de l’excedent d’energia elèctrica d’origen renovable, conegut com a hidrogen verd. L’electròlisi de l’aigua per a la producció d’hidrogen verd és una alternativa prioritària en l’actual marc energètic.
Existeixen diferents tecnologies, totes elles amb dos desafiaments comuns: augmentar l’eficiència i millorar la durabilitat dels electrolitzadors, especialment tenint en compte la intermitència de voltatge d’entrada a causa de: 1) oscil·lacions en el subministrament d’energia derivats de la naturalesa pròpia de les fonts renovables (eòlica i/o fotovoltaica), 2) variacions sobtades en el subministrament elèctric per incidències en la xarxa, i 3) canvis en el subministrament decidits pel gestor energètic de la planta amb la finalitat de flexibilitzar la producció d’hidrogen. Aquests talls en el voltatge subministrat degraden els materials, reduint la durabilitat i l’eficiència. A més, impliquen un procés de condicionament tèrmic de l’electrolitzador per a garantir que, si no s’optimitza, pot afectar de manera significativa l’eficiència global de la planta.
L’impacte d’aquestes intermitències és rellevant en els electrolitzadors de baixa temperatura PEMEL (electròlisi de membrana d’intercanvi de protons, <80 °C), i crític en els de molt alta temperatura SOEL (electròlisi d’òxid sòlid, 700-800 °C). La correcta gestió tèrmica de la planta i, especialment, de l’electrolitzador és clau per a reduir els efectes. Així mateix, l’anàlisi tèrmica avançada mitjançant models numèrics d’electrolitzadors és encara un camp en poc desenvolupament.
Aquest projecte de recerca té com a objectiu estudiar sistemes de gestió tèrmica innovadors mitjançant la simulació numèrica de sistemes de producció d’hidrogen, amb un especial èmfasi en el modelatge de l’electrolitzador i el seu sistema de control.
Els punts clau per al projecte són:
1. Desenvolupament d’un model 1D avançat de stack d’electrolitzador PEMEL en el qual el fenomen tèrmic estigui modelat amb precisió (incloent la validació numèrica amb dades pròpies i externes).
2. Acoblament del model de l’electrolitzador a un model de planta d’hidrogen, amb especial èmfasi en el desenvolupament del sistema de control.
3. Disseny d’estratègies de gestió tèrmica en escenaris d’intermitència en el subministrament de voltatge, per a millorar l’eficiència i la durabilitat.
4. Implementació de les estratègies en un model experimental d’electrolitzador PEMEL.
5. Validació de les propostes.
