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Utility-Scale Green Hydrogen System’s Operational Flexibility Under Temperature Dynamics

温度ダイナミクス下でのユーティリティ規模グリーン水素システムの運用柔軟性 (AI 翻訳)

Aaquib Firdous, Chandra Prakash Barala, Parul Mathuria, R. Bhakar, Mohammad Shahidehpour

IEEE transactions on industry applications📚 査読済 / ジャーナル2026-01-01#水素Origin: Global
DOI: 10.1109/tia.2025.3584294
原典: https://doi.org/10.1109/tia.2025.3584294

🤖 gxceed AI 要約

日本語

本論文は、系統接続されたユーティリティ規模の水素システム（USHS）において、温度ダイナミクスがPEM電解槽の運用柔軟性に与える影響を多物理モデルで解析。温度変動が低負荷運転を制限し、起動回数や温度管理に影響することを示し、持続可能な水素生産のための運用最適化に貢献する。

English

This paper proposes a multi-physics model for utility-scale green hydrogen systems (USHS) to analyze how temperature dynamics affect the operational flexibility of PEM electrolysers. Results show that temperature variations limit low-load operation and increase auxiliary power for temperature regulation, impacting the economic viability of using surplus renewable energy for hydrogen production.

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

📝 gxceed 編集解説 — Why this matters

日本のGX文脈において

日本はグリーン水素の導入をGX推進の柱としており、本モデルは大規模水素システムの運用最適化に直接寄与する。温度管理の実用的知見は日本の水素サプライチェーン構築に有用。

In the global GX context

This paper advances global understanding of grid-connected hydrogen system flexibility by incorporating real-world temperature dynamics, which is crucial for integrating hydrogen production with variable renewable energy sources. It addresses a gap in existing modeling approaches that often ignore temperature effects.

👥 読者別の含意

🔬研究者:Provides a comprehensive multi-physics model that accounts for temperature dynamics, offering a foundation for further studies on hydrogen system optimization.

🏢実務担当者:Highlights the importance of temperature management in electrolyser operations to improve economic feasibility of green hydrogen production.

🏛政策担当者:Indicates that policies supporting hydrogen should consider operational constraints from temperature to ensure realistic cost projections.

📄 抄録（日本語訳）

系統連系型ユーティリティ規模水素システム（USHS）は、持続可能な水素製造を確保するために、強化された運用柔軟性を必要とする。プロトン交換膜（PEM）水素電解装置（HE）は、より高い運用柔軟性を示し、余剰再生可能エネルギー（SRE）を吸収するための低負荷および長時間の負荷範囲を可能にする。しかし、モジュール構成において、温度変動はモジュール間およびモジュール内のHE負荷に大きく影響し、それらの運用柔軟性に影響を与える。ほとんどの研究は温度影響を無視するか、またはHEの熱力学および周囲温度の変動を無視して、単純化して定数としてモデル化している。さらに、これらのUSHSは、下流の水素需要を満たすために、主に定格容量付近で運転される。SREを利用する必要性により、HEはより高い負荷で運転せざるを得なくなり、温度を調整するための補機動力要件が増加し、SRE運用の経済的魅力が低下する。したがって、HE温度ダイナミクスとSRE利用の間の相互作用を理解するために、本研究は、USHSにおけるHE熱力学の複雑さに対処するマルチフィジックスHEモデリングを提案する。提案モデルは、正確な運用ダイナミクスを反映するために、周囲条件、低負荷、長時間運転、可変効率、モジュール化、および下流運用に関するHE温度ダイナミクスを考慮する。様々なHE運用を分析した結果、温度ダイナミクスがHE負荷を調整し、起動および温度管理を回避するために低負荷運転を制限し、新興の低炭素系統連系型USHSにおいて正確なHE運用柔軟性を提供することが示された。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

📄 Abstract（原文）

Grid-connected utility-scale hydrogen systems (USHSs) require enhanced operational flexibility to ensure sustainable hydrogen production. Proton exchange membrane (PEM) Hydrogen Electrolysers (HEs) exhibit greater operational flexibility, allowing lower and extended loading ranges to accommodate surplus renewable energy (SRE). However, in a modular setup, temperature variations significantly influence inter and intra-modular HE loadings, affecting their operational flexibility. Most studies either disregard temperature effects or model them simplistically as constants, neglecting variations in HE thermodynamics and ambient temperatures. Furthermore, these USHSs primarily operate near their rated capacities to satisfy downstream hydrogen demands. The need to utilize SRE will force HEs to operate under higher loadings, increasing auxiliary power requirements to regulate temperature, rendering SRE operations economically less attractive. Therefore, to understand the interplay between HE temperature dynamics and SRE utilization, this study proposes a multi-physics HE modelling, addressing the complexities of HE thermodynamics in USHSs. The proposed model considers HE temperature dynamics w.r.t. ambient conditions, lower loadings, extended operations, variable efficiency, modularization, and downstream operations to reflect the exact operational dynamics. Analyzing various HE operations, the results indicate that temperature dynamics modulates HE loadings, limiting its low-load operations to avoid startups and temperature management, providing precise HE operational flexibility in emerging low-carbon grid-connected USHSs.

🔗 Provenance — このレコードを発見したソース

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gxceed は公開メタデータに基づく研究支援データセットです。要約・翻訳・解説は AI 支援で生成されています。 最終的な解釈・検証は利用者が原典資料に基づいて行うことを前提とします。