Simulation platform for the assessment of PEM electrolyzer models oriented to implement digital Replicas

Abstract

This work presents the development and implementation of a simulation platform based on MATLAB/Simulink devoted to analysing the behaviour of Polymer Electrolyte Membrane (PEM) electrolyzer (PEMEL) models. A graphical user interface (GUI) designed in App Designer is included for controlling the platform and visualising simulation results. Through this GUI, the user is able to study the models hosted on the platform under various operating conditions, compare the results obtained and even modify the characteristic parameters of the models. The main objective of the platform is to facilitate the study of PEMEL for the development of a digital replica of a physical device housed in a smart microgrid. In these systems, PEMEL are integrated with renewable energy sources for the generation of green hydrogen, which is used as an energy carrier to cope with variations in demand in the medium and long term. The proposal overcomes the limitations identified in previous literature such as the absence of a GUI to facilitate model handling, model modification and the comparison and simulation of different models in the same application. The design and implementation of the simulation platform is reported along with a series of simulation cases to prove its feasibility and successful performance.

Este trabajo presenta el desarrollo y la implementación de una plataforma de simulación basada en MATLAB/Simulink dedicado a analizar el comportamiento de los modelos de electrolizado de membrana de electrolitos de polímero (PEM) (PEMEL). Se incluye una interfaz gráfica de usuario (GUI) diseñada en APP Designer para controlar la plataforma y visualizar los resultados de la simulación. A través de esta GUI, el usuario puede estudiar los modelos alojados en la plataforma en diversas condiciones de funcionamiento, comparar los resultados obtenidos e incluso modificar los parámetros característicos de los modelos. El objetivo principal de la plataforma es facilitar el estudio de Pemel para el desarrollo de una réplica digital de un dispositivo físico alojado en una microrred inteligente. En estos sistemas, Pemel se integran con fuentes de energía renovables para la generación de hidrógeno verde, que se utiliza como portador de energía para hacer frente a las variaciones en la demanda a mediano y largo plazo. La propuesta supera las limitaciones identificadas en la literatura previa, como la ausencia de una GUI para facilitar el manejo del modelo, la modificación del modelo y la comparación y simulación de diferentes modelos en la misma aplicación. El diseño e implementación de la plataforma de simulación se informa junto con una serie de casos de simulación para demostrar su viabilidad y rendimiento exitoso.