Control systems of offshore hydrogen production by renewable energies

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Cantero, Álvaro Serna
Data de Publicação: 2018
Tipo de documento: Tese
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSC
Texto Completo: https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/190257
Resumo: Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2018.
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spelling Control systems of offshore hydrogen production by renewable energiesEngenharia de sistemasAutomaçãoEnergia eólicaOsmose inversaHidrogênioEletroliseControle preditivoTese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2018.Esta tese trata do projeto de um Sistema de Gestão de Energia (SGE), utilizando Controle Preditivo (Model Predictive Control MPC) que busca equilibrar o consumo de energía renovável de um conjunto de unidades de eletrólise. A energia gerada na plataforma é equilibrada regulando o ponto de operação de cada unidade de eletrólise e suas conexões ou desconexões, usando um MPC baseado em um algoritmo de Programação Múltipla Inteira-Quadrática. Este algoritmo de Controle Preditivo permite levar em conta previsões de potência e consumo de energia disponível, melhorar o equilíbrio e reduzir o número de ligações e desconexões dos dispositivos. Diferentes estudos de caso são realizados em instalações compostas por unidades de geração de energia elétrica a partir da energía das ondas e do vento. Osmose reversa é considerada como um passo intermediário para a produção de agua que alimenta um conjunto de eletrolizadores. A validação utilizando dados medidos no local de destino das plataformas mostra o funcionamento adequado do SGE proposto. A tese começa com o estado de arte das tecnologias desenvolvidas na plataforma H2OCEAN (energia eólica e marítima), uma revisão da osmose reversa e informação sobre a economia e produção de hidrogênio, um resumo da técnica do MPC e as contribuições feitas na tese. A modelagem de fontes de energia renováveis, além do projeto de uma proposta de controle para a geração de água por osmose reversa e a produção de hidrogênio por eletrólise, tomando como referência a plataforma H2OCEAN é realizada no Capítulo 3. Após um sistema do controle avançado da eletrólise que otimiza numericamente o estado do equipamento é desenvolvido no Capitulo 4. O Capítulo 5 avalia o acoplamento de dois controladores (um de baixo e outro de alto nível) de uma micro rede composta por três eletrolizadores, uma bateria e um ultracapacitador. Finalmente, no Anexo é realizado um estudo econômico e um plano de negócios para a implementação da micro rede proposta do capítulo anterior.Abstract : This thesis deals with the design of an Energy Management Systems (EMS), based on Model Predictive Control (MPC) to balance the consumption of renewable energy by a set of electrolysis units. The energy generated at the installation is balanced by regulating the operating point of each electrolysis unit and its connections or disconnections, using an MPC based on a Mixed-Integer-Quadratic-Programming algorithm. This Predictive Control algorithm makes it possible to take into account predictions of available power and power consumption, to improve the balance and reduce the number of connections and disconnections of the devices. For this, different case studies are carried out on installations composed of wave and wind energies. Reverse osmosis is considered as an intermediate step for water production which feeds a set of electrolyzers. Validation using measured data at the target location of the installations shows the adequate operation of the proposed EMS. The thesis starts with the state of the art of the technologies developed in the H2OCEAN platform such as renewable energies (wind and wave energy), a review of reverse osmosis and information about hydrogen economy and production, being a summary of Model Predictive Control theory also another part of this first section. All the contributions done during the thesis are also detailed. Modelling of the renewable energy sources (wave and wind energy), plus the design of a control proposal for water generation by reverse osmosis, and hydrogen production by electrolysis focusing on the H2OCEAN platform is first carried out (Chapter 3). Then, an advanced control system of the electrolysis section, numerically optimizing the state-of-health of the devices, is developed in Chapter 4. Chapter 5 evaluates the coupling of low and high level controllers of the hydrogen-based microgrids made up of electrolyzers, batteries and ultracapacitor. Finally, an economic study and a business plan for the implantation of the controlled hydrogen-based microgrid in the market are carried out in the Annex.Tadeo Rico, Fernando JuanNormey-Rico, J. E.Universidade Federal de Santa CatarinaCantero, Álvaro Serna2018-09-29T04:07:30Z2018-09-29T04:07:30Z2018info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis206 p.| il., gráfs., tabs.application/pdf353559https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/190257engreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2018-09-29T04:07:30Zoai:repositorio.ufsc.br:123456789/190257Repositório InstitucionalPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestopendoar:23732018-09-29T04:07:30Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
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