Within the Flexnode Plus project the long-term degradation characteristics of a proton exchange membrane (PEM) electrolyzer (5.5 kW, AC, 1 Nm3/h H2) and fuel cell (1.0 kW, DC, 0.9 Nm3/h) was experimentally tested. The electrolyzer unit was operated at various loads and pressures for approximately 750 hours in total, while the fuel cell was operated at a constant load of 1 Ω resistance for approximately 1120 hours in total. The efficiency of the hydrogen production in the electrolyzer and the electricity production in the fuel cell was expressed using the hourly average system efficiency and average cell efficiency. Inorder to predict the state of health and remaining lifetime of the electrolyzer cell and fuel cell, the decay of the cell voltage over time was monitored and the direct mapping from aging data method was used.The electrolyzer cell showed a stable cell voltage and cell efficiency in the studied time period, with an average cell voltage decay rate of 0.5 μV/h. The average cell voltage of the fuel cell dropped with a rate of 2 μV/h during the studied time period.
DOCUMENT
What will determine if power to gas will be an important technology in the energy transition over the next years? One can look at the development of a technology as a process that takes place in a technological innovation system (TIS). The TIS includes all actors and institutions that are involved in the development, diffusion and utilization of a technology. For a technology todevelop successfully the TIS should fulfil several functions. For power to gas technology several pilot projects are realized, studies are carried out and funds are available both for projects as for research. The functions called entrepreneurial activities, knowledge development, knowledge exchange and resource mobilization are all met. The function that faces the most problems iscalled market formation. There is not yet a regulatory framework for power to gas. Investors in power to gas also need to be rewarded for the benefits that they realize such as the avoided capital cost of extra infrastructure, the enabling of maximum utilization of renewable electricity and the increase in renewable content of the gas networks. Policy directed at market formation is therefor recommended.
DOCUMENT
The Power to Flex project aims to promote the development of storage possibilities from sustainable energy sources. Hydrogen is opted to be a feasible energy carrier, which can also be stored for prolonged times without further losses and can be transformed into electricity and heat when needed. Producing hydrogen from electrolysis processes has a low CO2 footprint, however the efficiency at both the system, stack and cell level still increases due to further research and development.Electrolysis is conventionally performed with direct current, of which the energy is usually supplied from the grid. Rectifiers are necessary to provide the energy source for electrolysis, which unfortunately waste some of the efficiency, albeit becoming more efficient. Although it is known that distortions, harmonics and ripple, in the current supply can cause decreased performance of the electrolysis, a fundamental understanding is often not provided in published research. Controlled modulation of the electrolysis process can however form a possibility to enhance the performance of electrolysis
DOCUMENT
Excess of renewable electricity from wind turbines or solar panels is used for electrolysis of water. To store this renewable energy as methane, the hydrogen is fed to an anaerobic digester to stimulate biological methanation by hydrogenotrophic methanogens. This workpackage focusses on the best ways for hydrogen delivery and the community changes in a biomethanation reactor as a result of hydrogen supply.
DOCUMENT
𝗘𝗡𝗧𝗥𝗔𝗡𝗖𝗘 𝗢𝗡𝗗𝗘𝗥 𝗗𝗘 𝗟𝗢𝗘𝗣. In de podcastserie 'ENTRANCE onder de loep' duikt men in de wereld van innovatie rondom de energietransitie. Met inspirerende interviews en boeiende verhalen van de lectoren, experts en partners belichten we de impact van nieuwe ontwikkelingen en hun praktische toepassingen. In deze aflevering bespreekt men het onderzoek van lector duurzame gassen en brandstoffen Joan Teerling. Zijn onderzoek is gericht op het winnen van groene brandstoffen uit afvalstromen op de plek waar het afval ontstaat.
LINK
The installation of facilities replicating the realworld condition is often required for carrying out meaningful tests on new devices and for collecting data with the aim to create realistic device model. However, these facilities require huge investments, as well as areas where they can be properly installed. In this paper, we present a test infrastructure exploiting the concept of Remote Power Hardware-In-the-Loop (RPHIL), applied for characterizing the performances of a 8kW Proton Exchange Membrane (PEM) electrolyser installed at the Hanze University of Applied Sciences in Groningen (The Netherlands). The electrolyser is subjected to different test conditions imposed both locally and remotely. The results show that this measurement procedure is effective and can open new perspectives in the way to share and exploit the existing research infrastructure in Europe
DOCUMENT
Kunstmest voor de velden en brandstof voor landbouwvoertuigen zijn belangrijke kostenposten voor de landbouw. Kunstmest en dieselbrandstof zijn energie-intensieve producten en daarmee ook een belangrijke bron van CO2 emissies vanuit de landbouw. Technologie voor hernieuwbare energie zoals zonne- en wind energie wordt steeds goedkoper waardoor het rendabeler wordt deze technologie ook te gebruiken. Terug leveren van geproduceerde hernieuwbare elektriciteit aan het elektriciteitsnet is echter niet altijd voordelig. De hernieuwbare energie moet hier concurreren met gesubsidieerde fossiele elektriciteit opgewekt met kolen, gas en kerncentrales. Kleinschalige decentrale productie op het boerenbedrijf van zowel kunstmest als transportbrandstof met behulp van hernieuwbare energie levert de boer en zijn omgeving direct voordeel op:Inkoopkosten voor deze producten worden lagerVermindert de CO2-emissie van de landbouw aanzienlijk, de carbo-footprint wordt verminderdRendement op hernieuwbare energie technologie wordt hogerAmmoniak (NH3) is zowel grondstof voor kunstmest als brandstof voor motoren. Ammoniak kan diesel voor meer dan 90% vervangen in bestaande dieselmotoren. Daarmee is ammoniak een uitstekende vervanger voor diesel in het landbouw en wegverkeer. Ammoniak is ook grondstof voor waterstof (H2) in waterstofmotoren. De technologie om ammoniak te maken is gebaseerd op het Haber-Bosch proces uit het begin van de vorige eeuw. Deze technologie vraagt veel energie voor het creëren van de hoge druk en de hoge temperaturen. Daarom is het voordelig het Haber-Bosch proces in grote installaties uit te voeren.Nieuwe brandstofcel-technologie maakt het mogelijk het Haber-Bosch proces (elektro-katalytisch) op kleine schaal uit te voeren. Het Kiemkracht concept Greenfertilizer onderzoekt de mogelijkheden van deze technologie voor ammoniak productie en benutting op het eigen boerenbedrijf.Het onderzoek is uitgevoerd door TU-Delft en Hanzehogeschool. Het doel was een opgeschaald ammonia elektrolyse synthese proces te ontwikkelen waar een eerste schaal-sprong gemaakt zou worden.Het elektrochemisch ammonia synthese proces is gebaseerd op zuurstofgeleidende elektroden, (proces figuur3. zie onder). Het voordeel van deze zuurstofgeleidende electroden boven proton geleidende electroden is dat er met omgevingslucht gewerkt kan worden in plaats van met stoom. Stoom maakt technologische ontwikkeling van het proces gecompliceerder. Experimenteel en theoretisch onderzoek van TU-Delft laat zien dat met deze elektroden ammonia te produceren is. TU-Delft heeft met zuurstof geleidende electroden ammonia productiesnelheden behaald van 1,84x 10-10 mol s-1 cm-2 bij 650oC. Deze snelheden zijn een factor 100-1000 hoger dan tot nu toe gerapporteerd in literatuur (Kyriakou et al 2017). Simulatie-studies van TU-Delft laten zien dat het ammonia synthese proces met een factor 100-1000 versneld kan worden door het proces onder druk te brengen bij een temperatuur van 400-500C. Op basis van deze simulaties is een ontwerp gemaakt en uitgevoerd voor een “hoge-druk electrolyse reactor”. Technische complicaties met deze hoge druk elektrolyse reactor maakte het onmogelijk betrouwbare resultaten te verkrijgen. Met name gas lekkages bij hoge temperaturen maakten het onmogelijk ammonia massabalansen op te stellen. Bovendien was ammonia productie niet aan te tonen. Hiermee zijn de simulatie voorspellingen niet bevestigd en blijft het onduidelijk of de onderliggende hypothesen correct zijn. De Hanzehogeschool heeft onderzoek uitgevoerd naar het concentreren van ammonia voor toepassing als vloeibare kunstmest. Uitgangspunt hierbij waren de ammonia productieniveau van de experimentele opzet en de voorspelde gesimuleerde opzet. Met de juiste technologie is het mogelijk de ammonia te concentreren voor verdere verwerking als kunstmest. Echter dit proces is economisch rendabel bij een ammonia concentratie in de uitstroom van de elektrolyse reactor die een factor 1000 hoger is dan tot nu toe is gemeten. Het feit dat de TU-Delft er niet in is geslaagd een kleine schaalsprong (factor 10) te maken met de drukreactor betekent dat commerciële toepassing van dit proces voorlopig nog niet aan de orde is. Achteraf gezien was het wellicht beter geweest de keuze te maken voor de proton geleidende electroden die bij lagere temperaturen werkzaam zijn, hier is een schaalsprong van een factor 100 ten opzichte van de recent gerapporteerde ammonia synthese snelheden. Een recente review door Kyriakou et al 2017 geeft als aanbeveling onderzoek te verrichten naar verbeterde elektrodematerialen en geleidende elektrolyten in de reactorcellen. Uiteindelijk zal het elektrochemisch ammonia synthese proces er komen vanwege de vele voordelen die het beidt. Processen moeten met een factor 100-1000 verbeterd worden eer het proces economisch rendabel is. Op dit moment is het nog niet te voospellen wanneer dit moment er is.
DOCUMENT
The intermittency of renewable energy technologies requires adequate storage technologies. Hydrogen systems consisting of electrolysers, storage tanks, and fuel cells can be implemented as well as batteries. The requirements of the hydrogen purification unit is missing from literature. We measured the same for a 4.5 kW PEM electrolyser to be 0.8 kW for 10 min.A simulation to hybridize the hydrogen system, including its purification unit, with lithium-ion batteries for energy storage is presented; the batteries also support the electrolyser. We simulated a scenario for operating a Dutch household off-electric-grid using solar and wind electricity to find the capacities and costs of the components of the system.Although the energy use of the purification unit is small, it influences the operation of the system, affecting the sizing of the components. The battery as a fast response efficient secondary storage system increases the ability of the electrolyser to start up.
DOCUMENT
Decentralised renewable energy production in the form of fuels or electricity can have large scale deployment in future energy systems, but the feasibility needs to be assessed. The novelty of this paper is in the design and implementation of a mixed integer linear programming optimisation model to minimise the net present cost of decentralised hydrogen production for different energy demands on neighbourhood urban scale, while simultaneously adhering to European Union targets on greenhouse gas emission reductions. The energy system configurations optimised were assumed to possibly consist of a variable number or size of wind turbines, solar photovoltaics, grey grid electricity usage, battery storage, electrolyser, and hydrogen storage. The demands served are hydrogen for heating and mobility, and electricity for the households. A hydrogen residential heating project currently being developed in Hoogeveen, The Netherlands, served as a case study. Six scenarios were compared, each taking one or multiple energy demand services into question. For each scenario the levelised cost of hydrogen was calculated. The lowest levelised cost of hydrogen was found for the combined heating and mobility scenario: 8.36 €/kg for heating and 9.83 €/kg for mobility. The results support potential cost reductions of combined demand patterns of different energy services. A sensitivity analysis showed a strong influence of electrolyser efficiency, wind turbine parameters, and emission reduction factor on levelised cost. Wind energy was strongly preferred because of the lower cost and the low greenhouse gas emissions, compared to solar photovoltaics and grid electricity. Increasing electrolyser efficiency and greenhouse gas emission reduction of the used technologies deserve further research.
DOCUMENT
New technologies or approaches are being widely developed and proposed to be deployed in real energy systems to improve desired objectives; however, supporting decision making processes to select best solutions in terms of performance and efficiently following cost-benefit analysis require some sort of scientific evidence based tools. These tools should be reliable, robust, and capable of demonstrating the behaviour and impact of newly developed devices or algorithms in different pre- defined scenarios. Therefore, new approaches and technologies need to be tested and verified using a safe laboratory test environment.This report is about the development and realisation of some major tools and reliable methods to calculate risks and opportunities for integrating of new energy resources into the European electricity grid. Hanze University Groningen and Politecnico di Torino worked together within the STORE&GO project sharing laboratories, knowledge, hardware facilities and researchers for the realisation of the characterisation and mathematical modelling of renewable resources. Needed to realize a stable and reliable environment for remote physical hardware in the loop simulations.For this realisation we started with the local characterisation of a PV-Field and a PEM electrolyser at Entrance Groningen by logging and measuring the electric behaviour and specific device parameters to integrate and convert these into working mathematical models of a PV-Field and electrolyser prosumer. After testing and evaluating these models by comparing the results with the real-time measurements, these test and modelling is also realised from the remote laboratory in Torino. To achieve dynamical physical hardware we also realised dynamic mathematical model(s) with real-time functionality to interact directly with the remote electrolyser. To connect both the laboratories with full duplex communication functionalities between physical hardware and models we have also realized a network which is able to share network resources on both local and remote sites.
DOCUMENT
