The grid integration of Proton Exchange Membrane (PEM) electrolyzer is a critical aspect of the transition towards sustainable energy systems. This thesis presents a comprehensive investigation into the grid integration of PEM electrolyzer using four distinct AC to DC converter configurations: 6-pulse thyristor-based rectifiers, 12-pulse thyristor-based rectifiers, 6-pulse bridge rectifiers with interleaved buck converters, and 12-pulse bridge rectifiers with interleaved buck converters. The study explores the key objectives of enhancing the efficiency, stability, and flexibility of grid-connected PEM electrolyzer. It delves into the principles of these AC to DC converter configurations, their control strategies, and their impact on the electrolyzer system's performance and interaction with the grid. The evaluation includes a comparative analysis of their respective advantages and drawbacks in terms of power quality, harmonics, and overall system reliability. Through simulation investigations, the thesis provides a detailed insight into the dynamics of each AC to DC converter configuration under various operating conditions. The research aims to address practical challenges in grid integration, including load balancing, voltage regulation, and power factor improvement. The effectiveness of these converters in optimizing the utilization of renewable energy sources is examined, contributing to the efficient production of green hydrogen for various industrial and energy storage applications. The findings of this thesis offer valuable insights for researchers, engineers, and policymakers working towards the widespread adoption of PEM electrolysis in a grid-integrated context. The research results enable informed decision-making in selecting the most suitable AC to DC converter configuration for specific grid integration requirements, fostering the development of cleaner and more sustainable energy systems.
L'integrazione nella rete dell'elettrolizzatore a membrana a scambio protonico (PEM) è un aspetto critico della transizione verso sistemi energetici sostenibili. Questa tesi presenta un'indagine completa sull'integrazione nella rete dell'elettrolizzatore PEM utilizzando quattro diverse configurazioni di convertitori AC a DC: raddrizzatori basati su tiristori a 6 impulsi, raddrizzatori basati su tiristori a 12 impulsi, raddrizzatori a ponte a 6 impulsi con convertitori buck interleaved, e raddrizzatori a ponte a 12 impulsi con convertitori buck interleaved. Lo studio esplora gli obiettivi chiave di migliorare l'efficienza, la stabilità e la flessibilità dell'elettrolizzatore PEM connesso alla rete. Approfondisce i principi di queste configurazioni di convertitori AC a DC, le loro strategie di controllo e il loro impatto sulle prestazioni del sistema dell'elettrolizzatore e sull'interazione con la rete. La valutazione include un'analisi comparativa dei rispettivi vantaggi e svantaggi in termini di qualità dell'energia, armoniche e affidabilità complessiva del sistema. Attraverso indagini di simulazione, la tesi fornisce una visione dettagliata delle dinamiche di ciascuna configurazione di convertitore AC a DC in diverse condizioni operative. La ricerca mira a affrontare sfide pratiche nell'integrazione nella rete, tra cui il bilanciamento del carico, la regolazione della tensione e il miglioramento del fattore di potenza. Viene esaminata l'efficacia di questi convertitori nell'ottimizzare l'utilizzo delle fonti di energia rinnovabile, contribuendo alla produzione efficiente di idrogeno verde per varie applicazioni industriali e di stoccaggio energetico. I risultati di questa tesi offrono preziose intuizioni per ricercatori, ingegneri e decisori che lavorano per la diffusa adozione dell'elettrolisi PEM in un contesto integrato nella rete. I risultati della ricerca consentono una presa di decisioni informata nella selezione della configurazione di convertitore AC a DC più adatta alle specifiche esigenze di integrazione nella rete, promuovendo lo sviluppo di sistemi energetici più puliti e sostenibili.
A Comparative Assessment of AC/DC Converter Configuration for Grid Integration of a Proton Exchange Membrane Electrolyzer
Tripathi, Shivesh Chandra
2022/2023
Abstract
The grid integration of Proton Exchange Membrane (PEM) electrolyzer is a critical aspect of the transition towards sustainable energy systems. This thesis presents a comprehensive investigation into the grid integration of PEM electrolyzer using four distinct AC to DC converter configurations: 6-pulse thyristor-based rectifiers, 12-pulse thyristor-based rectifiers, 6-pulse bridge rectifiers with interleaved buck converters, and 12-pulse bridge rectifiers with interleaved buck converters. The study explores the key objectives of enhancing the efficiency, stability, and flexibility of grid-connected PEM electrolyzer. It delves into the principles of these AC to DC converter configurations, their control strategies, and their impact on the electrolyzer system's performance and interaction with the grid. The evaluation includes a comparative analysis of their respective advantages and drawbacks in terms of power quality, harmonics, and overall system reliability. Through simulation investigations, the thesis provides a detailed insight into the dynamics of each AC to DC converter configuration under various operating conditions. The research aims to address practical challenges in grid integration, including load balancing, voltage regulation, and power factor improvement. The effectiveness of these converters in optimizing the utilization of renewable energy sources is examined, contributing to the efficient production of green hydrogen for various industrial and energy storage applications. The findings of this thesis offer valuable insights for researchers, engineers, and policymakers working towards the widespread adoption of PEM electrolysis in a grid-integrated context. The research results enable informed decision-making in selecting the most suitable AC to DC converter configuration for specific grid integration requirements, fostering the development of cleaner and more sustainable energy systems.| File | Dimensione | Formato | |
|---|---|---|---|
|
2023_12_Tripathi.pdf
accessibile in internet per tutti
Descrizione: Thesis Report
Dimensione
1.93 MB
Formato
Adobe PDF
|
1.93 MB | Adobe PDF | Visualizza/Apri |
I documenti in POLITesi sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
https://hdl.handle.net/10589/214143