Modelling and controlling of hybrid energy systems with hydrogen storage

Abstract

Hybrid renewable energy systems are gaining more attention for the problems like Global Warming and high CO2 emissions. Another topic that increases its popularity is hydrogen. Because it is a very good alternative fuel. In this work, every component of a basic Hybrid Renewable Energy System (HRES) will be modeled and short-time simulations will be made for any transient response of individual components. MATLAB Simulink is used for every model and simulation. HRES includes a wind turbine, PV array, battery energy storage, and electrolyzer. The system is also grid-connected. Additionally, different control strategies are investigated, obtained, and created. Maximum Power Point Tracking (MPPT) algorithms for Wind Energy Conversion System (WECS) and PV array were conducted. A control algorithm that combines the battery and the PV array was made and necessary circuits were designed. An overall model for different sizes and operations is created. One-day-long simulations were made for 11 different cases. The user can alter the overall model for different turbines, PV modules, and battery sizes. The total amount of hydrogen produced, energy generation, and consumption were observed for every case.

Küresel ısınma, karbondiyoksit emisyonlarındaki hızlı artışlar sebebiyle hibrit yenilenebilir enerji sistemleri gün geçtikçe daha fazla dikkat çekmektedir. Ek olarak, hidrojen iyi bir alternatif yakıt olması sebebiyle popüler bir konu haline gelmiştir. Bu çalışmada, basit bir hibrit yenilenebilir enerji sisteminin her bileşeni modellenmiş ve süreksiz bölgeleri gözlemleyebilmek için kısa süreli simulasyonlar yapılmıştır. Bütün simulasyon ve modeller için MATLAB Simulink kullanılmıştır. Hibrit Yenilenebilir Enerji Sistemi, PV dizilerden, rüzgar türbininden, batarya depolama sisteminden ve bir elektrolizörden oluşmaktadır. Sistem ayrıca şebekeye bağlıdır. Ek olarak, farklı kontrol stratejileri incelenmiş, yaratılmış ve elde edilmiştir. Rüzgar ve güneş enerjisi için 'Perturb and Observe' algoritması Maksimum Güç Noktası kontrolü için kullanılmıştır. Batarya ve PV panelleri birleştiren bir kontrol algoritması geliştirilmiş ve gerekli devre tasarımları yapılmıştır. Şebekeye bağlı, rüzgar türbini, PV seri, batarya depolama ve elektrolizör içeren bir bütün bir sistem tasarlanmıştır. Bir gün süreli simulasyonlar yapılmış ve 11farklı senaryo incelenmiştir. Toplam hidrojen üretimi, enerji tüketim ve üretimi her senaryo için gözlenmiştir.