Modellazione di sistema elettrolisi PEM per la produzione di idrogeno a partire da fonti rinnovabili

Nel contesto della transizione energetica globale, la rapida espansione delle Fonti di Energia Rinnovabile (FER) non programmabili richiede soluzioni di accumulo flessibili per mitigare le fluttuazioni di rete e garantire la sicurezza del sistema elettrico. In questo scenario, l'idrogeno verde si impone come un vettore strategico per la decarbonizzazione e il bilanciamento energetico. Tra le tecnologie disponibili, l'elettrolisi a membrana a scambio protonico (PEM) si distingue per l'elevata flessibilità operativa, le ottime prestazioni dinamiche e i ridotti tempi di avviamento, risultando ideale per l'integrazione con sorgenti variabili. Su queste premesse, il presente lavoro di tesi affronta la modellazione dinamica e l'analisi prestazionale di un sistema di elettrolisi PEM in ambiente MATLAB®/Simulink®, con l'obiettivo di caratterizzarne il comportamento transitorio e stazionario integrando lo stack elettrolitico con i componenti ausiliari (Balance of Plant). A partire da un modello di base presente nel software, la struttura è stata significativamente ampliata e perfezionata: è stata affinata la descrizione dello stack PEM, implementata la modellazione a blocchi dei separatori gas-liquido e integrato il fenomeno del crossover dei gas dovuto alla permeabilità della membrana. L'architettura complessiva è stata quindi riorganizzata per garantire un'interazione coerente ed efficace tra i diversi sottosistemi dell'impianto. Il modello così ottenuto è stato calibrato e validato mediante confronto con dati sperimentali di letteratura, focalizzandosi sulla curva di polarizzazione dello stack, sulla produzione di idrogeno e sulla dinamica termica. I risultati dimostrano l'elevata accuratezza del sistema nel riprodurre con fedeltà il comportamento del dispositivo reale in tutte le condizioni operative analizzate.