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Optimal Operation of an Alkaline Electrolyzer in an Industrial Setting Using Effective Linearization Techniques

Mustafa Kamal, Jonaed Bin und Kyriakidis, Loukas und Bublitz, Saskia und Dorneanu, Bogdan und Arellano-Garcia, Harvey (2026) Optimal Operation of an Alkaline Electrolyzer in an Industrial Setting Using Effective Linearization Techniques. In: Systems and Control Transactions: Proceedings of the 36th European Symposium on Computer Aided Process Engineering (ESCAPE 36), 5, Seiten 2201-2208. PSE Press. 36th European Symposium on Computer Aided Process Engineering (ESCAPE36), 2026-06-21 - 2026-06-24, Sheffield, UK. doi: 10.69997/sct.159644. ISBN 978-1-7779403-5-5.

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Offizielle URL: https://psecommunity.org/LAPSE:2026.0478

Kurzfassung

Renewable powered water electrolysis offers a promising strategy to decarbonize industrial sectors with high demand for hydrogen. Operational optimization of industrial electrolyzer systems is often formulated as mixed-integer linear programming (MILP) problems, where a constant hydrogen production to electrical power consumption ratio is assumed instead of the nonlinear relationship. Incorporating a nonlinear electrolyzer model into a linear optimal hydrogen dispatch framework remains a significant challenge. This study addresses this challenge by formulating the optimization problem in two ways. First, the model is solved as a nonlinear programming (NLP) problem by incorporating a nonlinear model of an alkaline electrolyzer (AEL) into the optimization framework. The binaries and integers are relaxed to continuous variables and associated penalty terms are added to the objective function to enforce integrality. The NLP is solved using the local nonlinear solver Interior Point OPTimizer (IPOPT) using a multi-start approach, where the solver is executed from random initial points and the minimum objective value is taken as the best guess for the global minimum. Second, a linearized model of the AEL is used in an MILP formulation. The univariate nonlinear terms within the model are approximated using three piecewise linearization techniques, i.e., convex combination, convex combination with SOS2 variables and a slope based big-M formulation. The bilinear terms are relaxed using the McCormick envelope. Results show that the MILP formulation achieves faster solution times, with varying accuracy depending on the linearization method, whereas the NLP approach more accurately captures the hydrogen production curve, albeit having longer convergence times.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/226075/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Optimal Operation of an Alkaline Electrolyzer in an Industrial Setting Using Effective Linearization Techniques
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Mustafa Kamal, Jonaed Binjonaed.mustafakamal (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0001-8155-0471225960382
Kyriakidis, Loukasloukas.kyriakidis (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0003-6634-8579225960383
Bublitz, Saskiasaskia.bublitz (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9050-7862225960385
Dorneanu, BogdanBTU CottbusNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Arellano-Garcia, HarveyBTU CottbusNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:12 Juni 2026
Erschienen in:Systems and Control Transactions: Proceedings of the 36th European Symposium on Computer Aided Process Engineering (ESCAPE 36)
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Band:5
DOI:10.69997/sct.159644
Seitenbereich:Seiten 2201-2208
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Brown, Solomon F.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Papathanasiou, MariaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bogle, DavidNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Cordiner, JoanNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Fairweather, MichaelNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:PSE Press
ISBN:978-1-7779403-5-5
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Alkaline electrolyzer, McCormick relaxation, Operational optimization, Piecewise linearization, Renewable hydrogen system
Veranstaltungstitel:36th European Symposium on Computer Aided Process Engineering (ESCAPE36)
Veranstaltungsort:Sheffield, UK
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:21 Juni 2026
Veranstaltungsende:24 Juni 2026
Veranstalter :University of Sheffield
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Thermische Hochtemperaturtechnologien
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SP - Energiespeicher
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Dekarbonisierte Industrieprozesse
Standort: Cottbus
Institute & Einrichtungen:Institut für CO2-arme Industrieprozesse
Hinterlegt von: Mustafa Kamal, Jonaed Bin
Hinterlegt am:01 Sep 2026 13:26
Letzte Änderung:07 Sep 2026 09:56

Verfügbare Versionen dieses Eintrags

  • Optimal Operation of an Alkaline Electrolyzer in an Industrial Setting Using Effective Linearization Techniques. (deposited 01 Sep 2026 13:26) [Gegenwärtig angezeigt]

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