دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 56 12 2025 02 19 Analysis of the hydrogen production system using a polymer membrane electrolyzer and its transfer to the natural gas pipeline تحلیل سیستم تولید هیدروژن سبز به کمک الکترولایزر غشا پلیمری و انتقال آن به خط لوله گاز شهری 1609 1628 5710 10.22060/mej.2025.23403.7758 FA محمد رضا زاینده رودی گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران ابراهیم افشاری گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران مهدی مشرف دهکردی گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران Journal Article 2024 08 06 One of the methods for producing hydrogen is using a polymer membrane electrolyzer with photovoltaic panels. To avoid hydrogen storage and achieve decarbonization, injecting hydrogen into the urban gas pipeline is an effective solution. This study examines the injection of hydrogen into the urban gas pipeline and determines that to keep the injected hydrogen flow rate below 10% of the gas flow rate, a production of 20.69mole/s of hydrogen is required. According to mathematical modeling, to produce the necessary hydrogen, 3,230 cells with an area of 2,500cm² should be used. The injection pressure of hydrogen is 17.23 bar. To achieve this pressure, an electrochemical compressor with 1,600 cells and an area of 2,500cm² is used. The power consumption of the electrolyzer and compressor for injecting 9.5% hydrogen during maximum solar radiation, accounting for losses, is 6.64MW. To generate this power with a photovoltaic system, 12,991 STP550S-C72/Vmh panels are needed. Considering the electrolyzer pressure of 17.23 bar, the compressor can be eliminated, allowing the use of a high-pressure electrolyzer. هیدروژن سبز می‌تواند از مهمترین انرژی‌های قابل استفاده در مصارف خانگی، حمل‌و‌نقل و صنعت باشد. از روش­های تولید هیدروژن، استفاده از الکترولایزر غشا پلیمری با صفحات فتوولتائیک است. به منظور عدم ذخیره­سازی هیدروژن و کربن‌زدایی، تزریق هیدروژن به خط لوله گاز شهری راه­کاری موثر است. در مطالعه حاضر، تزریق هیدروژن به خط لوله گاز شهری بررسی شده و برای این‌که دبی هیدروژن تزریق شده کمتر از 10 درصد دبی گاز باشد؛ نیازمند به تولید 20/69 مول بر ثانیه هیدروژن است. بر اساس مدل‌سازی ریاضی، برای تولید هیدروژن مورد نیاز، باید از 3230 سل با مساحت 2500 سانتی‌مترمربع استفاده شود. فشار هیدروژن تزریقی 17/23 بار است. برای رساندن هیدروژن به این فشار، از یک کمپرسور الکتروشیمیایی با 1600 سل و مساحت 2500 سانتی‌مترمربع استفاده می‌شود. توان مصرفی الکترولایزر و کمپرسور برای تزریق 9/5 درصد هیدروژن در زمان حداکثر تابش خورشیدی و با احتساب تلفات، 6/64 مگاوات است. برای تولید این توان با سامانه فتوولتائیک، 12991 پنل STP550S-C72/Vmh احتیاج است. با در نظر گرفتن فشار الکترولایزر برابر با 17/23 بار، کمپرسور می­تواند حذف ‌شود و از الکترولایزر فشار بالا استفاده شود. افزایش فشار در ورودی کمپرسور منجر به کاهش توان مصرفی و در نتیجه افزایش بازده انرژی آن می‌شود https://mej.aut.ac.ir/article_5710_810462d01f318bd13e628a77fc3f92c0.pdf