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Energy Management of a Renewable-Powered Alkaline Electrolyzer System: A Comparative Study of Nonlinear Optimization Methods

Kyriakidis, Loukas und Mustafa Kamal, Jonaed Bin und Bublitz, Saskia und Bogdan, Dorneanu und Harvey, Arellano-Garcia (2026) Energy Management of a Renewable-Powered Alkaline Electrolyzer System: A Comparative Study of Nonlinear Optimization Methods. In: Systems and Control Transactions: Proceedings of the 36th European Symposium on Computer Aided Process Engineering (ESCAPE 36), 5, Seiten 2488-2496. PSE Press. 36th European Symposium on Computer Aided Process Engineering (ESCAPE36), 2026-06-21 - 2026-06-24, Sheffield, UK. doi: 10.69997/sct.177956. ISBN 978-1-7779403-5-5.

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Offizielle URL: https://psecommunity.org/LAPSE:2026.0514

Kurzfassung

Energy management plays a crucial role in achieving efficient and sustainable operation of industrial energy systems. With the increasing integration of renewable electricity and the growing complexity of hydrogen production networks, effective control strategies are required to minimize operational costs and carbon footprint. However, the uncertain nature of renewable energy sources, such as photovoltaic (PV) power, complicates their accurate forecasting and challenges the optimal energy management of system components. To deal with uncertainties, the rolling horizon approach (RHA) provides a practical framework for adaptive decision-making by repeatedly solving optimization problems over moving time windows while updating system data in real time. In RHA-based energy management, linear or linearized system models are often employed and optimized by linear methods to reduce computational complexity; however, these simplifications can compromise physical realism and lead to suboptimal decisions. Although RHA can also incorporate local, or global deterministic and stochastic algorithms for nonlinear problems, such approaches frequently suffer from high computational effort, slow convergence, local optima, and difficulty in ensuring constraint satisfaction in large-scale nonlinear systems. To overcome these limitations, this work employs the novel hybrid optimization method "BO-IPOPT"-a combination of Bayesian Optimization (BO) for global exploration and the Interior Point OPTimizer (IPOPT) for rapid local refinement. Applied to an industrial hydrogen production system, BO-IPOPT outperforms state-of-the-art approaches in accuracy and robustness by achieving lower operational costs at the same CPU time while satisfying all constraints. Finally, the influence of the uncertainties in PV generation on the performance of the energy management system is analyzed.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/226076/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Energy Management of a Renewable-Powered Alkaline Electrolyzer System: A Comparative Study of Nonlinear Optimization Methods
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Kyriakidis, Loukasloukas.kyriakidis (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0003-6634-8579225960022
Mustafa Kamal, Jonaed Binjonaed.mustafakamal (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0001-8155-0471225960025
Bublitz, Saskiasaskia.bublitz (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9050-7862225960026
Bogdan, DorneanuNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Harvey, Arellano-GarciaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT 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.177956
Seitenbereich:Seiten 2488-2496
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:BO-IPOPT, Energy management, Renewable hydrogen system, Rolling horizon approach
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 > Simulation und Virtuelles Design
Hinterlegt von: Mustafa Kamal, Jonaed Bin
Hinterlegt am:01 Sep 2026 13:27
Letzte Änderung:07 Sep 2026 09:54

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