Publinova logo

Search results

Products 201

product

Modelling and Control of a Grid-Connected RES-Hydrogen Hybrid Microgrid

This paper proposes a Hybrid Microgrid (HμG) model including distributed generation (DG) and a hydrogen-based storage system, controlled through a tailored control strategy. The HμG is composed of three DG units, two of them supplied by solar and wind sources, and the latter one based on the exploitation of theProton Exchange Membrane (PEM) technology. Furthermore, the system includes an alkaline electrolyser, which is used as a responsive load to balance the excess of Variable Renewable Energy Sources (VRES) production, and to produce the hydrogen that will be stored into the hydrogen tank and that will be used to supply the fuel cell in case of lack of generation. The main objectives of this work are to present a validated dynamic model for every component of the HμG and to provide a strategy to reduce as much as possible the power absorption from the grid by exploiting the VRES production. The alkaline electrolyser and PEM fuel cell models are validated through real measurements. The State of Charge (SoC) of the hydrogen tank is adjusted through an adaptive scheme. Furthermore, the designed supervisor power control allows reducing the power exchange and improving the system stability. Finally, a case, considering a summer load profile measured in an electrical substation of Politecnico di Torino, is presented. The results demonstrates the advantages of a hydrogen-based micro-grid, where the hydrogen is used as medium to store the energy produced by photovoltaic and wind systems, with the aim to improve the self-sufficiency of the system

MULTIFILE

03/10/2021
Modelling and Control of a Grid-Connected RES-Hydrogen Hybrid Microgrid
product

A practical application of DC Droop Control with IoT capabilities

The application of DC grids is gaining more attention in office applications. Especially since powering an office desk would not require a high power connection to the main AC grid but could be made sustainable using solar power and battery storage. This would result in fewer converters and further advanced grid utilization. In this paper, a sustainable desk power application is described that can be used for powering typical office appliances such as computers, lighting, and telephones. The desk will be powered by a solar panel and has a battery for energy storage. The applied DC grid includes droop control for power management and can either operate stand-alone or connected to other DC-desks to create a meshed-grid system. A dynamic DC nano-grid is made using multiple self-developed half-bridge circuit boards controlled by microcontrollers. This grid is monitored and controlled using a lightweight network protocol, allowing for online integration. Droop control is used to create dynamic power management, allowing automated control for power consumption and production. Digital control is used to regulate the power flow, and drive other applications, including batteries and solar panels. The practical demonstrative setup is a small-sized desktop with applications built into it, such as a lamp, wireless charging pad, and laptop charge point for devices up to 45W. User control is added in the form of an interactive remote wireless touch panel and power consumption is monitored and stored in the cloud. The paper includes a description of technical implementation as well as power consumption measurements.

PDF

12/31/2021
A practical application of DC Droop Control with IoT capabilities
product

Greenfertilizer, zonnemelken voor een carbo-neutrale landbouw

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 lagerVermindert de CO2-emissie van de landbouw aanzienlijk, de carbo-footprint wordt verminderdRendement 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.

PDF

09/30/2017
Greenfertilizer, zonnemelken voor een carbo-neutrale landbouw

People 1

person

Christian van Someren

PhD Candidate

Projects 2

project

FLOW4NANO

Vanuit het bedrijfsleven is vraag naar het ontwikkelen van coatings met specifieke hoogwaardige eigenschappen. Een technisch haalbare en kosten efficiënte methode om dit te doen is door het inmengen van nanodeeltjes in coatings of in polymeren. Op dit moment is de beschikbaarheid (op grotere schaal) van hoogwaardige nanodeeltjes (grootte en deeltjesgrootte distributie) echter nog een knelpunt. Microreactortechnologie kan hiervoor een goede uitkomst bieden. In een microreactor kunnen reactiecondities zeer goed gecontroleerd worden en daardoor zal de reproduceerbaarheid goed zijn. Ook is het eenvoudig om een reactie in een microreactor op te schalen naar een groter volume. In het RAAK-MKB project Flow4Nano worden 2 sleutel technologieën van het lectoraat Material Sciences van Zuyd Hogeschool bij elkaar gebracht: nanotechnologie en microreactor technologie. In dit project zal de focus liggen op de toepassing van nanodeeltjes in optische coating voor zonnecellen en voor glastuinbouw. De toepassing in zonnecellen is een focus van het lectoraat Zonne Energie in de Gebouwde Omgeving van Zuyd. De toepassing in de glastuinbouw is een focus van de Hogeschool Arnhem Nijmegen in het lectoraat duurzame energie. De onderzoekvraag voor dit project is: “Can we produce nanoparticles with high specificity for use in advanced coatings and polymers with tailored functionalities for application in greenhouses and solar cells using (micro)flow?” De consortiumleden Zuyd Hogeschool / lectoraat material sciences (microreactor technologie / nanotechnologie), TNO/brightlands Material Centre (nanomaterialen voor energietoepassingen), Kriya Materials (producent nanodeeltjes) en Chemtrix (microflow apparatuur) zullen TiO2 en ZnO nanodeeltjes maken en karakteriseren. De consortiumpartners Zuyd / lectoraat Zonne-energie in de duurzaam gebouwde omgevingen HAN (lectoraat duurzame energie) zullen de geproduceerde nanodeeltjes testen in optisch actieve coatings voor toepassingen in zonne-energie en glastuinbouw respectievelijk. De consortiumpartner NanoHouse zal het stuk disseminatie op zich nemen.

Finished
project

Window of the Future

Zuyd University and partners will develop novel coatings that contribute to a reduction in energy consumption of houses and buildings. The built environment currently consumes 46% of all energy, mainly for heating and cooling. A strong reduction is required as part of the transition towards sustainable energy. This is expressed by ambitious targets set by the Parkstad region, which has set itself the target to be energy neutral in 2040. For the Window of the Future Zuyd University (lectoraat Nanostructured Materials) and DWI (post-doc) aims to develop infrared regulating coatings that keep the heat inside in winter and outside in summer. These coatings are expected to strongly contribute to reduction of energy consumption. We will develop coating materials for application on glass windows, which are transparent for visible light to allow maximal daylight entering the building, and simultaneously regulate the transmission and reflection of IR heat. Kriya and Physee (SMEs) will advise Zuyd on technical and economic challenges related to the development of IR regulating glass windows. OMT Solutions (SME) and SGS Intron will advise on characterization and the performance validation. The need for such windows is confirmed by TNO/The Brightlands Materials Center as central challenge in their Optoelectronics program. They contribute largely to this project. Large demonstrator windows will be coated, and installed in test houses for real-life testing and quantification of the energy reduction. Zuyd (lectoraat Solar Energy in the Built Environment) will quantify the impact of smart IR regulating windows on the energy transition by comparing their impact to other available technologies, e.g. solar cells. In this quantification, Zuyd will focus on the Parkstad region. Together with Parkstad and Maastricht University (Ph.D. student), Zuyd will also quantify the socio-economic impact, and promote the societal acceptance of smart IR regulating windows.

Finished