CARATTERIZZAZIONE DI UN ELETTROLIZZATORE ALCALINO INTEGRATO NELLA MICRORETE DC POLIBA4H2

In this thesis, a model of an alkaline electrolyzer operating with a sodium hydroxide (NaOH) electrolyte solution was developed in the Simulink environment. The electrolyzer is integrated within a direct current microgrid located at the PrInCE laboratory of the Polytechnic University of Bari. The first phase of the work involved an in-depth analysis of the state of the art in order to identify the main models used to describe the operation of alkaline electrolyzers. Subsequently, the modeling of the voltages required to activate the electrolysis process was carried out, starting with the calculation of the reversible voltage, and continuing with the activation overpotentials, internal ohmic losses, gas bubble overpotentials at the electrodes, and finally, current losses associated with parasitic currents. The integration of all these contributions made it possible to accurately determine the electrical behavior of the electrolyzer, represented by current-voltage (I-V) characteristic curves, obtained as a function of various operating parameters, including system temperature and pressure. The resulting model serves as a valuable tool for both the performance analysis of the electrolyzer and the design and control of complex energy systems that use hydrogen as an energy carrier.

In questo lavoro di tesi è stato sviluppato un modello in ambiente Simulink di un elettrolizzatore alcalino operante con una soluzione elettrolitica di idrossido di sodio (NaOH), integrato all’interno di una microrete in corrente continua localizzata presso il laboratorio PrInCE del Politecnico di Bari. La prima fase del lavoro ha previsto un’approfondita analisi dello stato dell’arte al fine di individuare i principali modelli adottati per descrivere il funzionamento di elettrolizzatori alcalini. Successivamente, si è proceduto alla modellizzazione delle tensioni necessarie per l’attivazione del processo di elettrolisi, a partire dal calcolo della tensione reversibile, per poi procedere con le sovratensioni di attivazione, le perdite ohmiche interne al sistema, la sovratensione da formazione di bolle gassose agli elettrodi e, infine, le perdite di corrente associate all'effetto delle correnti parassite. L’integrazione di tutti questi contributi ha permesso di determinare con precisione il comportamento elettrico dell’elettrolizzatore, rappresentato mediante curve caratteristiche corrente-tensione (I-V), ottenute in funzione di vari parametri operativi, tra cui la temperatura e la pressione del sistema. Il modello così ottenuto rappresenta uno strumento utile sia per l’analisi prestazionale dell’elettrolizzatore, sia per la progettazione e il controllo di sistemi energetici complessi che impiegano l’idrogeno come vettore energetico.