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Effects of concentrated solar-integrated packed-bed thermal energy storage operation on solid oxide electrolysis cell performance

Roeder, Timo und Kadohiro, Yasuki und Risthaus, Kai und Weber, Anika und Prats Salvado, Enric und Monnerie, Nathalie und Sattler, Christian (2025) Effects of concentrated solar-integrated packed-bed thermal energy storage operation on solid oxide electrolysis cell performance. Solar Energy, 302, Seite 114032. Elsevier. doi: 10.1016/j.solener.2025.114032. ISSN 0038-092X.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
12MB

Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038092X25007959

Kurzfassung

The use of renewable energy in the context of green hydrogen production requires suitable energy storage technologies to compensate for intermittent wind and solar resources. High-temperature electrolysis is a promising way to produce hydrogen as it has the highest electrical efficiency by using steam instead of liquid water compared to low temperature electrolysis. Here, a part of the total energy demand is substituted by thermal energy. For a sustainable and continuous process operation with concentrated solar energy, a high-temperature thermal energy storage heating air and steam is required to operate the high-temperature electrolysis above 800 °C. In this study, the charging and discharging behavior of a packed bed thermal energy storage with a capacity of 17.46 kWh is experimentally tested and a utility scale storage numerically analyzed. The storage is charged with superheated steam from a solar cavity receiver and discharged with ambient air or steam flow. The storage discharge temperature profile results in a change in the electrolysis operating state and therefore, a change in the reagent flow rate. This changes the hydrogen production capacity during the discharge period. Adjusting the thermal energy storage discharge flow rate maintains an electrical conversion efficiency of 97 %. Furthermore, additional electric heating or exothermal operation of the electrolysis is avoided. Additionally, an electrolysis cooling rate of greater than -0.3 K/min can be maintained.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/217633/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Effects of concentrated solar-integrated packed-bed thermal energy storage operation on solid oxide electrolysis cell performance
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Roeder, TimoTimo.Roeder (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-4837-766X194285038
Kadohiro, YasukiYasuki.Kadohiro (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0005-1875-0963194285039
Risthaus, Kaikai.risthaus (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-8435-4513NICHT SPEZIFIZIERT
Weber, AnikaAnika.Weber (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1979-6980194285040
Prats Salvado, EnricEnric.PratsSalvado (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9044-1920194285042
Monnerie, NathalieNathalie.Monnerie (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0220-6665194285043
Sattler, ChristianChristian.Sattler (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4314-1124NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:14 Oktober 2025
Erschienen in:Solar Energy
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:302
DOI:10.1016/j.solener.2025.114032
Seitenbereich:Seite 114032
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Zhang, JieThe University of Texas at DallasNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lidor, AlonNational Renewable Energy LaboratoryNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Tao, MengArizona State UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wang, QinThe Hong Kong Polytechnic UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Elsevier
Name der Reihe:Solar-to-X
ISSN:0038-092X
Status:veröffentlicht
Stichwörter:solar energy, packed bed thermal energy storage, experimental and numerical analysis, high-temperature electrolysis, green hydrogen, particles
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Chemische Energieträger
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SW - Solar- und Windenergie
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Solare Brennstoffe
Standort: Jülich , Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Future Fuels > Bewertung solarer Produktionsverfahren
Institut für Future Fuels > Solare Prozessdemonstration
Institut für Future Fuels
Hinterlegt von: Roeder, Timo
Hinterlegt am:15 Okt 2025 11:03
Letzte Änderung:16 Okt 2025 13:28

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