Rezonans dönüştürücülü hidrojen üretim sisteminin gerçekleştirilmesi

Bu çalışmada darbe genişlik modülasyonlu (PWM) anahtarlamanın yüksek anahtarlama frekanslarında çalışmaya getirmiş olduğu sınırlandırmaları azaltabilmek için rezonans dönüştürücü beslemeli alkali elektrolizör ile hidrojen üretim sistemi gerçekleştirilmiştir. Sistemin güç katında basit yapısı ve azalan çıkış akımı ile iletim ve anahtarlama kayıplarının azalmasından dolayı seri rezonans dönüştürücü (SRC) kullanılmıştır. SRC’nin rezonans frekansı üstü çalışma durumu için durum-düzlem yöntemi ile kararlı-durum karakteristiği elde edilmiştir. 400 W’lik dönüştürücünün tasarımı gerçekleştirilmiştir. Dönüştürücü, kontrol devresi ve alkali elektrolizörden oluşan sistem kurulmuştur. Dönüştürücünün güç anahtarları frekans modülasyon (FM) tekniği ile sürülmüş ve sıfır gerilim şartlarında iletime geçirilmiştir. PWM dönüştürücülerin aksine anahtar streslerini azaltmak için snubber devrelerinin kullanılmasına gerek kalmadığı gibi daha yüksek frekanslarda çalışarak daha yüksek verim elde edilmiştir. Elektrolizörün nominal çalışma akımı ve farklı elektrolit sıcaklıkları için üretilen hidrojen miktarları teorik olarak hesaplanmış ve yaklaşık olarak ölçülmüştür. Nominal çalışma akımı ve 50 °C elektrolit sıcaklığı için 66,6 L/h hidrojen üretilmiştir. Elektrolizör enerji, Faraday ve hücre veriminin sıra ile %80,05, %74,47 ve %59,61 olduğu gözlemlenmiştir.

___

  • 1. Yodwong, B., Guilbert, D., Phattanasak, M., Kaewmanee, W., Hinaje, M. and Vitale, G., Proton exchange membrane electrolyzer modelling for power electronics control: a short review, Journal of Carbon Research, 6 (2), 1-20, 2020.
  • 2. Jiang, W., Wu, Y. K., Yang, T., Yu, F. Y., Wang, W. and Hashimoto, S., Identification and power electronic module design of a solar powered hydrogen electrolyzer, Power and Energy Engineering Conference (APPEEC), Asia-Pacific, 1-4, 27-29 March, 2012.
  • 3. Şahin, M. E., Okumuş, H. İ. and Aydemir, M. T., Implementation of an electrolysis system with DC/DC synchronous buck converter, Int. J. Hydrogen Energy, 39 (13), 6802-6812, 2014.
  • 4. Valverde, R. G., Miguel, C., Bejar, R. M. and Urbina, A., Optimized photovoltaic generator-water electrolyser coupling through a controlled DC-DC converter, Int. J. Hydrogen Energy, 33 (20), 5352-5362 2008.
  • 5. Dahbi, S., Aboutni, R., Aziz, A., Benazzi, N., Elhafyani, M. and Kassmi, K., Optimised hydrogen production by a photovoltaic electrolysis system DC/DC converter and water flow controller, Int. J. Hydrogen Energy, 41 (45), 1-9, 2016.
  • 6. Koiwa, K., Umemura, A., Takahashi, R. and Tamura, J., Stand-alone hydrogen production system composed of wind generators and electrolyzer, Industrial Electronics Society, IECON 2013 - 39th Annual Conference of the IEEE, Vienna-Austria, 1873-1878, 10-13 November, 2013.
  • 7. Ursua, A., San Martin, I. and Sanchis, P., Design of a programmable power supply to study the performance of an alkaline electrolyzer under different operating conditions, 2012 IEEE International Energy Conference and Exhibition, Florence-Italy, 259-264, 9-12 September, 2012.
  • 8. Vinnikov, D., Hoimoja, H., Andrijanovits, A., Roasto, I., Lehtla, T. and Klytta, M., An improved interface converter for a medium-power wind-hydrogen system, International Conference on Clean Electrical Power, Capri-Italy, 426-432, 9-11 June, 2009.
  • 9. Garrigos, A., Lizan, J. L., Blanes, J. M. and Gutierrez, R. A., Combined maximum power point tracking and output current control for a photovoltaic-electrolyzer DC/DC converter, Int. J. Hydrogen Energy, 39 (36), 20907-20919, 2014.
  • 10. Garrigos, A., Blanes, J. M., Carrasco, J. A., Lizan, J. L., Beneito, R. and Molina, J. A., 5 kW DC/DC converter for hydrogen generation from photovoltaic sources, Int. J. Hydrogen Energy, 35 (12), 6123-6130, 2010.
  • 11. Török, L., Nielsen, C. K., Munk-Nielsen, S., Romer, C. and Flindt, P., High-efficiency electrolyzer power supply for household hydrogen production and storage systems, 17th European Conference on Power Electronics and Applications, Geneva- Switzerland, 1-9, 8-10 September, 2015.
  • 12. Nacar, S. and Öncü, S. Hydrogen production system with fuzzy logic-controled converter, Turk J Elec Eng & Comp Sci, 27 (2019), 1885-1895, 2019.
  • 13. Gautam, D. S. and Bhat, A. K. S., A comparison of soft-switched DC-to-DC converters for electrolyzer application, IEEE Trans. Power Electron., 28 (1), 54-63, 2012.
  • 14. Scheible, G., Solmecke, H. and Hackstein, D., Low cost soft switching DC-DC converter with autotransformer for photovoltaic hydrogen systems, 23rd International Conference on Industrial Electronics, Control and Instrument, New Orleans-USA, 780-785, 14 November, 1997.
  • 15. Joshi, T. G. S. and John, V., Circuit-parameter-based audiosusceptibility model for series resonant converter, IEEE Trans. Power Electron., 34 (6), 5927-5939, 2019.
  • 16. Jia, P. and Yuan, Y., Analysis and implementation of LC series resonant converter with secondary side clamp diodes under DCM operation for high step-up applications, J. Power Electron., 19 (2), 363-379 2019.
  • 17. Stolten, D., Hydrogen production: by electrolysis, Editor: Godula-Jopek, A., Wiley-VCH Verlag GmbH & Co., Weinheim, Germany, 2015.
  • 18. Buttler, A. and Spliethoff, H., Current status of water electrolysis for energy storage, grid balancing and sector coupling via power-to-gas and power-to-liquids: A review, Renewable Sustainable Energy Rev., 82 (2018), 2440-2454, 2018.
  • 19. Chi, J. and Yu, H., Water electrolysis based on renewable energy for hydrogen production, Chin. J. Catal., 39 (2018), 390-394, 2018.
  • 20. Carmo, M., Fritz, D. L., Mergel, J. and Stolten, D., A comprehensive review on PEM water electrolysis, Int. J. Hydrogen Energy, 38 (2013), 4901-4934, 2013.
  • 21. Kim, E. H. and Kwon, B. H., Zero-voltage and zero-current-switching full-bridge converter with secondary resonance, IEEE Trans. Ind. Electron., 57 (3), 1017-1025, 2010.
  • 22. Barbi, I. and Pöttker, F., Series resonant converter operating above the resonant frequency, Soft Commutation Isolated DC-DC Converters, Springer, Switzerland, 115-138, 2019.
  • 23. Witulski, A. F. and Erickson, R. W., Design of the series resonant converter for minimum component stress, IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., 22 (4), 356-363, 1985. 24. David, M., Ocampo-Martinez, C. and Sanchez-Pena, R., Advances in alkaline water electrolyzers: A review, J. Energy Storage, 23 (2019), 392-403, 2019.
  • 25. Ulleberg, Ø., Modelling of advanced alkaline electrolyzers: a system simulation approach, Int. J. Hydrogen Energy, 28 (1), 21-33, 2003.
  • 26. Kumar, S. S. and Himabindu, V., Hydrogen production by PEM water electrolysis – a review, Mater. Sci. Energy Technol., 2 (2019), 442-454, 2019.
  • 27. Buttler, A. and Spliethoff, H., Current status of water electrolysis for energy storage, grid balancing and sector coupling via power-to-gas and power-to-liquids: A review, Renewable Sustainable Energy Rev., 82 (2018), 2440-2454, 2018.
  • 28. Philips, R. and Dunnill, C. W., Zero gap alkaline electrolysis cell design for renewable energy storage as hydrogen gas, R. Soc. Chem., 6 (102), 100643-100651, 2016.
  • 29. Zeng, K. and Zhang, D., Recent progress in alkaline water electrolysis for hydrogen production and applications”, Prog. Energy Combust. Sci., 36 (2010), 307-326, 2010.
  • 30. Teng, Y., Wang, Z., Li, Y., Ma, Q., Hui, Q. and Li, S., Multi-energy storage system model based on electricity heat and hydrogen coordinated optimization for power grid flexibility, CSEE J. Power Energy Syst, 5 (2), 266-274, 2019.
  • 31. David, M., Ocampo-Martinez, C. and Sanchez-Pena, R., Advances in alkaline water electrolyzers: a review”, J. Storage Mater., 23 (2019), 392-403, 2019.
  • 32. Buttler, A. and Spliethoff, H., Current status of water electrolysis for energy storage, grid balancing and sector coupling via power-to-gas and power-to-liquids: A review, Renewable Sustainable Energy Rev., 82 (2018), 2440-2454, 2018.
  • 33. Rashid, M. M., Mesfer, M. K. A., Naseem, H. and Danish, M., Hydrogen production by water electrolysis: a review of alkaline water electrolysis, PEM water electrolysis and high temperature water electrolysis, Int. j. eng., 4 (3), 80-93, 2015.
Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi-Cover
  • ISSN: 1300-1884
  • Yayın Aralığı: Yılda 4 Sayı
  • Başlangıç: 1986
  • Yayıncı: Oğuzhan YILMAZ
Sayıdaki Diğer Makaleler

Yaşlandırma işlemi öncesi uygulanan kriyojenik işlemin Ti-15V-3Al-3Sn-3Cr metastabil β titanyum alaşımının yorulma çatlak ilerlemesi davranışlarına etkisi

Nihal YUMAK, Kubilay ASLANTAŞ, Ahmet ÇETKİN

Akü sanayi atıksularından kurşunun kapya biberi çekirdekleri kullanılarak biyosorpsiyonla giderimi

Selahi GÜNEŞ, Levent GÜREL

Rezonans dönüştürücülü hidrojen üretim sisteminin gerçekleştirilmesi

Salih NACAR, Selim ÖNCÜ

Al 6061 alaşımının işlenmesinde kesme derinliği ve kesici takım geometrisinin yüzey pürüzlülüğüne ve takım aşınma davranışına etkisi

Muharrem PUL, Hacı Bekir ÖZERKAN

Nesnelerin interneti ortamlarında derin öğrenme ve makine öğrenmesi tabanlı anomali tespiti

Ali GÖKDEMR, Ali ÇALHAN

Frekans tepkisi analizi ile güç transformatörü hatalarının değerlendirilmesinde istatistiksel yöntemlerin kullanılması

Selim KÖROĞLU, Mustafa YILDIZ, Akif DEMİRÇALI, Engin ÇETİN

Ağ trafiği analizi ile derin öğrenme tabanlı Android kötücül yazılım tespiti

Anıl UTKU

Kubbeli cami tasarımında kasnak pencerelerinin açık veya kapalı durumunun görünürlük ve sıcaklık yayılımına etkisinin yangın dinamik simülasyonu ile analizi

Semahat Merve TOP, Abdurrahman TOPRAKLI

Konglomeralarda malzeme ve kütle özelliklerinin belirlenmesi ve kaya taşıma gücü kapasitesi açısından değerlendirilmesi

İbrahim ÇOBANOĞLU

AISI 8740 çeliğinin frezelenmesinde kesme gücü, özgül kesme enerjisi ve yüzey pürüzlülüğü karakteristiklerinin belirlenmesi

Hacı Bekir ÖZERKAN, Ferah SUCULARLI, Asim GENÇ