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Durch ein methodisches regelungstechnisches Vorgehen wird eine optimale Betriebsführungsstrategie für ein PEM-Brennstoffzellensystem entwickelt. Ausgehend von einer physikalischen Modellierung des dynamischen Systemverhaltens werden verschiedene Regelungskonzepte untersucht. Als besonders geeignet hat sich das Verfahren der modellprädiktiven Regelung erwiesen, bei dem das zukünftige Systemverhalten und der geplante Leistungsbedarf über einen Optimierungszeitraum betracht wird.

Dynamische Optimierung --- Brennstoffzelle --- PEM --- Modellprädiktive Regelung --- Betriebsführung

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Die Arbeit zielt auf die Minimierung des Druckverlusts eines stationären, mit Erdgas versorgten PEM-Brennstoffzellenheizgerätes. Durch die Reduzierung des Druckverlusts kann auf eine Kompression des Prozessgases verzichtet, dadurch der parasitäre Energieverbrauch verringert und somit der Gesamtwirkungsgrad gesteigert werden. Das Ziel kann durch den Einsatz von metallischen Wabenreaktoren, sowie durch die Reduzierung der Anzahl der benötigten Apparate in der CO-Entfernungseinheit erreicht werden.

metallische Waben --- Druckverlust --- Methanisierungsreaktion --- PEM-Brennstoffzellenheizgerät --- Wassergas Shift Reaktion

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La gestion de l’énergie est un sujet d’actualité dans la lutte contre le dérèglement clima-
tique. En effet, l’Union Européenne s’est fixé des objectifs de transitions énergétiques dans de
nombreux domaines. L’un d’entre-eux est la mobilité, avec une volonté de réduire de 30% les
émissions de gaz à effet de serre en 2030, par rapport à celles de 2005 [Climat.be, 2019].
Pour atteindre cet objectif, le Luxembourg doit réaliser d’importants efforts car son secteur du
transport représente 57,3 % des émissions globales du pays [Environnement luxembourgeois, 2021].
Afin de réduire ces émissions, la politique énergétique du pays veut transiter vers une augmen-
tation de l’utilisation d’hydrogène vert. En effet, son utilisation tend à se démocratiser dans
le futur grâce à ses avantages : ses propriétés de stockage, sa haute réactivité, sa légèreté et
sa grande densité énergétique massique [Nalbant and Colpan, 2020]. Cependant, de nombreux
défis s’imposent quant à sa production, son stockage et son approvisionnement dans le pays.
Afin de développer la production d’hydrogène vert au Luxembourg, de nombreux projets
se développent. Deux d’entre-eux sont en étude sur le site de Naturgas Kielen, une entreprise
de biométhanisation. Un premier, nommé VaBHyoGaz, veut convertir une partie du biogaz
produit par Naturgas Kielen en hydrogène (reforming). Le second, géré par l’entreprise GPSS,
est un projet d’électrolyse alimenté par des énergies renouvelables.
Une étude technique basée sur la littérature est dès lors réalisée dans ce travail. Ensuite, des
études économiques ont été réalisées via l’indicateur de la valeur actuelle nette afin de déter-
miner si les projets sont viables financièrement. Cette étude a permis de prouver que les deux
projets pouvaient être rentables, sans toutefois concurrencer la production actuelle via des éner-
gies fossiles. Pour le projet de reforming, il sera impératif de réduire le coût de production du
biogaz afin d’assurer une certaine rentabilité. Pour le projet d’électrolyse, il a été prouvé que
l’utilisation de batteries n’était pas nécessaire pour l’électrolyseur PEM.
De plus, le bon déroulement du projet va nécessiter des gestions optimales de la production et
du stockage afin d’éviter toute fuite et accident.
Enfin, l’utilisation de l’hydrogène sera cruciale quant à l’impact de son utilisation sur l’envi-
ronnement. Il est démontré grâce à la littérature que si le transport veut être décarbonné grâce
à l’hydrogène, alors il faut privilégier son utilisation dans la mobilité lourde.

Hydrogène vert - Etude technique - Etude économique - Reforming - Biométhanisation - Biométhane - Biogaz - Electrolyseur PEM - Energies renouvelables - Batteries - Transition énergétique - Valeur actuelle nette --- Ingénierie, informatique & technologie > Energie

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The main idea of this study is to scrutinize the performance efficiency and enhancement of modelling and simulations of PEM fuel cell. Besides, the research of PEM fuel cell performance can figure out many critical issues for an alternative resource energy. The chapters collected in the book are contributions by invited researchers with a long-standing experience in different research areas. I hope that the material presented here is understandable to a wide audience, not only energy engineers but also scientists from various disciplines. The book contains nine chapters in three sections: (1) ""General Information About PEM Fuel Cell"", (2) ""PEM Fuel Cell Technology"" and (3) ""Many Different Applications of PEM Fuel Cell"". This book presents detailed and up-to-date evaluations in different areas and was written by academics with experience in their field. It is anticipated that this book will make a scientific contribution to PEM fuel cell and other alternative energy resource workers, researchers, academics, PhD students and other scientists both in the present and in the future.

Proton exchange membrane fuel cells. --- PEFCs (Fuel cells) --- PEM fuel cells --- PEMFCs (Fuel cells) --- Polymer electrolyte fuel cells --- Polymer electrolyte membrane fuel cells --- Proton conducting membrane fuel cells --- Fuel cells --- Engineering --- Physical Sciences --- Engineering and Technology --- Energy Engineering --- Electrical Engineering

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"The book presents the modeling and control of hydrogen-air PEM fuel cell, including simultaneous estimation of the parameters and states, fuzzy cluster modeling, SPM-based predictive control, advanced fuzzy control, etc. MATLAB/Simulink-based modeling and control programs are also discussed in detail. With abundant practical programs and source codes, it is an essential reference for both scientists and industrial engineers"--

Proton exchange membrane fuel cells. --- PEFCs (Fuel cells) --- PEM fuel cells --- PEMFCs (Fuel cells) --- Polymer electrolyte fuel cells --- Polymer electrolyte membrane fuel cells --- Proton conducting membrane fuel cells --- Fuel cells