재생에너지-수소 시스템의 계층적 에너지 관리

재생에너지 통합이 증가함에 따라 전기-수소 연계 시스템의 효율적인 관리 전략이 요구됩니다. 기존 단일 연료전지 구성은 동적 조건에서 전력 용량과 효율이 제한적이며, 다중 스택 연료전지 시스템의 전력 할당 방식은 배터리 충전 상태와 수소 저장 조건을 간과하는 경향이 있습니다. 본 연구는 이러한 문제를 해결하기 위해 전기-수소 연계 다중 스택 PEMFC 시스템을 위한 계층적 에너지 관리 전략을 제안합니다. 제안된 전략은 상위 감독 상태 기계 계층과 하위 장비 수준 제어 계층으로 구성됩니다. 상위 계층은 잔여 전력 수요, 리튬 배터리 충전 상태, 수소 저장 상태를 고려하여 최적의 작동 상태를 결정하고, 활성 연료전지 스택 수를 동적으로 할당합니다. 하위 계층은 개별 장치 컨트롤러를 통해 해당 명령을 구현하여 태양광 발전, 에너지 저장, 수소 생산 및 연료전지 작동을 조율합니다. MATLAB/Simulink 시뮬레이션 결과, 제안된 전략은 더 부드러운 전력 전환, 더 높은 연료전지 효율, 그리고 외부 교란에 대한 안정적인 작동을 달성했습니다. 특히, PEMFC 작동을 고효율 영역에 가깝게 유지함으로써 불필요한 스택 활성화를 줄이고 가변 작동 조건에서 안정성을 향상시켰습니다. 기존 두 가지 대표 전략과의 비교를 통해, 제안된 방식이 약 43%에서 48.21%로 PEMFC 작동 효율을 높이고 더 빠른 수렴을 보였습니다. 이는 활성 스택을 10kW의 최적 작동 지점 근처로 유지함으로써 달성되었습니다. 이러한 결과는 제안된 접근 방식이 재생에너지 기반 전기-수소 통합 에너지 시스템을 위한 효과적인 에너지 관리 솔루션을 제공함을 시사합니다.