Simulação Dinâmica e Análise de Desempenho de Eletrolisadores de Água Alcalina para Produção de Hidrogênio Alimentada por Energia Renovável

Este artigo apresenta um estudo abrangente sobre a modelagem de simulação dinâmica de eletrolisadores de água alcalina. Testes experimentais detalhados e análises características revelam que os eletrolisadores de água alcalina possuem longos tempos de inicialização, respostas dinâmicas rápidas e baixa estabilidade dinâmica. Essas características são críticas para o desenvolvimento de modelos precisos e estratégias eficazes. Um modelo de simulação dinâmica foi estabelecido no MATLAB R2022b e Simulink, permitindo operação de simulação independente e encapsulamento de módulos. Este modelo facilita a construção de clusters de produção de hidrogênio e serve como uma ferramenta fundamental para a pesquisa em estratégias de sistema. Simulações de carga e descarga de corrente nominal para quatro eletrolisadores ao longo de 6 h mostraram diferenças significativas na inicialização e operação. Parâmetros-chave, como tensão da célula, potência máxima carregável, eficiência de produção de hidrogênio e consumo de energia foram analisados. Simulações de temperatura indicaram diferenças significativas nos pontos de equilíbrio térmico e modos de resfriamento entre os eletrolisadores, conforme determinado pelo design estrutural e eficiência do sistema de resfriamento. Essas descobertas destacam a necessidade de melhorias na eficiência de eletrolisadores de alta densidade de corrente. No geral, o modelo representa efetivamente as características de eletrolisadores comerciais e oferece uma ferramenta confiável para futuros estudos sobre estratégias de controle para adaptar sistemas de produção de hidrogênio às flutuações de energia renovável, estabelecendo uma base sólida para a otimização do design e das estratégias de operação dos eletrolisadores.