Modelado de sistemas de electolisis alcalina para la producción de hidrógeno a partir de energías renovables

• María del Carmen Clemente Jul ^[1] ; Mónica Sánchez Delgado ^[3] ; Lourdes Rodríguez ^[2]
  1. [1] Universidad Politécnica de Madrid

     Universidad Politécnica de Madrid

     Madrid, España

     
  2. [2] Universidad Europea de Madrid

     Universidad Europea de Madrid

     Madrid, España

     
  3. [3] Centro Nacional del Hidrógeno, España

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• Localización: Anales de la Real Academia de Doctores, ISSN 1138-2414, Vol. 3, Nº 1, 2018, págs. 19-36
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Modelling of alkaline electrolysis systems for hydrogen production by renewable energies
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• Resumen
  • español

    En este trabajo se ha llevado a cabo el desarrollo y validación experimental de un modelo matemático para predecir el comportamiento electroquímico de un sistema de electrólisis alcalina, bajo diferentes condiciones de operación como son temperatura de funcionamiento, presión y concentración de electrolito. El modelo propuesto es un modelo semi-empírico que permite calcular el voltaje total de un electrolizador en función de la intensidad de corriente, empleando tanto principios físicos relacionados con el proceso de electrólisis, como métodos de ajuste estadístico. Los diferentes parámetros definidos para el modelo han sido calculados por medio de una regresión no lineal, utilizando MATLAB, a partir de los datos experimentales obtenidos en los diferentes ensayos realizados en un banco de ensayos de celdas de electrolisis alcalina. El modelo ha sido validado frente a los resultados experimentales, cuantificando las desviaciones que se producen y el error cometido.

    Se ha alcanzado una correlación muy buena entre los resultados experimentales y los obtenidos mediante el modelo matemático propuesto, pudiendo éste constituir una herramienta de apoyo para el diseño, mejora y optimización de electrolizadores alcalinos, especialmente cuando son alimentados mediante energías renovables. Además, los resultados obtenidos permiten determinar cuáles son las variables que más influyen en el proceso y, por lo tanto, aquellas sobre las que deben dirigirse los esfuerzos de mejora para optimizar el funcionamiento de un electrolizador.

  • English

    In the frame of this work, a mathematical model is developed and experimentally validated for predicting the electrochemical behavior of an alkaline water electrolysis system under different operating conditions, such as, temperature, pressure and electrolyte concentration. The proposed model is a semi-empirical model that allows determining the total voltage of an electrolyzer as a function of the current, using both physical principles related to the electrolysis process and statistical methods. The different parameters defined in the model have been calculated by MATLAB, using a non-linear regression, on the basis of experimental data from different experiments obtained of an alkaline test bench. The simulated and measured values for the model have been compared to validate that the proposed model reproduces the behavior of the alkaline electrolysis stack adequately. In order to ensure the accuracy and validity of the proposed model, the error and deviations has been evaluated.

    The results show an excellent correlation between the experimental and calculated results by the proposed model, providing a useful design and optimization tool for alkaline electrolyzers, especially for those powered by renewable energies. Also, the obtained results allow to determine which process variables are the most influential and hence, should be optimized in order to improve the performance and operation of an alkaline electrolyzer.