風力・太陽光・水素統合エネルギーシステムの持続可能な運転：寿命劣化を考慮したハイブリッド電解槽の電力配分とアレイローテーション戦略

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

🔬研究者:Provides a detailed model of electrolyzer degradation and an optimization framework that can be extended or integrated with other energy system models.

🏢実務担当者:Offers actionable operational strategies for hybrid electrolyzer plants to reduce costs and extend equipment lifespan.

🏛政策担当者:Highlights the importance of supporting flexible hydrogen production strategies to enhance the viability of renewable hydrogen in national energy plans.

世界的な産業化とエネルギー需要の高まりに伴い、化石燃料への過度な依存は炭素排出を増加させ、クリーンエネルギーへの代替が持続可能な開発にとって緊急の優先課題となっている。主要な移行経路として、風力発電と太陽光発電は、電解装置を介して水素に変換され、発電、熱供給、または天然ガス合成に利用できる。これにより、柔軟なマルチエネルギー連携が可能となり、再生可能エネルギーの全体的な利用効率が向上する。しかし、従来の電解装置のスケジューリング手法は、通常、水素生成効率が固定されていると仮定しており、変動する再生可能エネルギー入力下での運転条件の動的変化、効率低下、および寿命劣化を考慮していない。この不備は、グリーン水素システムの長期的な持続可能性を損なうものである。これらの課題に対処するため、本論文では、ハイブリッドAEL-PEM電解装置の電力配分と運転条件アレイローテーション戦略を提案する。通常運転、過負荷、起動・停止遷移にわたる両電解装置タイプの効率と全ライフサイクル劣化を特徴付けるために、区分的線形モデルを確立する。エネルギー購入コスト、起動・停止ペナルティコスト、および電解装置の寿命劣化コストを組み込んだ目的関数を持つ混合整数線形計画法（MILP）モデルを定式化し、Gurobiソルバーを用いて解く。シミュレーション検証は、15分分解能の24時間の典型的な夏季日データセットを用いて実施する。3つの比較スキームを評価し、最適化された運転条件管理を通じて、システム全体の運用コストを最小化し、再生可能エネルギーの利用効率を向上させる戦略の有効性を検証する。結果は、提案戦略がシステム全体のコストを23%削減し、再生可能エネルギーの出力抑制を完全に排除し、全ユニットにわたって電解装置の寿命劣化のバランスを取ることを示しており、これらが総合的にグリーン水素システムの経済効率、資産の持続可能性、および長期的な運用信頼性を向上させる。

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。

As global industrialization and energy demands rise, excessive reliance on fossil fuels escalates carbon emissions, making clean energy alternatives an urgent priority for sustainable development. As a key transition pathway, wind and solar power can be converted into hydrogen via electrolyzers for electricity generation, thermal supply, or natural gas synthesis. This enables flexible multi-energy coordination and improves overall renewable energy utilization efficiency. However, conventional electrolyzer scheduling approaches typically assume fixed hydrogen production efficiency, failing to account for dynamic variations in operating conditions, efficiency attenuation, and lifetime degradation under fluctuating renewable inputs. This inadequacy compromises the long-term sustainability of green hydrogen systems. To address these challenges, this paper proposes a hybrid AEL-PEM electrolyzer power allocation and operating condition array rotation strategy. Piecewise linear models are established to characterize the efficiency and full life cycle degradation of both electrolyzer types across normal operation, overload, and start–stop transitions. A mixed-integer linear programming (MILP) model is formulated with an objective function incorporating energy purchase costs, start–stop penalty costs, and electrolyzer lifetime degradation costs, and is solved using the Gurobi solver. Simulation validation is conducted using a 24 h typical summer day dataset with a 15 min resolution. Three comparative schemes are evaluated to verify the strategy’s effectiveness in minimizing total system operation costs and enhancing renewable energy utilization efficiency through optimized operating condition management. Results demonstrate that the proposed strategy reduces total system costs by 23%, entirely eliminates renewable energy curtailment, and balances electrolyzer lifespan degradation across all units, collectively advancing the economic efficiency, asset sustainability, and long-term operational reliability of green hydrogen systems.

• semanticscholar https://doi.org/10.3390/su18115322first seen 2026-05-28 05:19:22 · last seen 2026-08-07 05:32:14