ETD

• balance of plant
• celle a combustibile PEM
• CleanH2Shipping
• Hydrogen
• idrogeno
• Inland waterway transport
• modellazione 0D
• navigazione interna
• PEM fuel cell
• sistemi energetici navali
• trasporto fluviale

This thesis presents the development and analysis of a 0D numerical model of a PEM fuel cell energy system for inland maritime application, with reference to the future vessel "Sylvania" within the CleanH2Shipping project. The study focuses on the Rotterdam–Duisburg and Duisburg–Rotterdam routes, using real mission profiles of total power demand and vessel speed. After introducing the European inland waterway transport context and its decarbonization challenges, the work discusses the ship resistance modelling approach and validates a PEMFC single-cell model against literature data. The model is then extended to a multi-stack system in the gross power range of approximately 1.2 MW, including the Balance of Plant, hydrogen storage, battery, power converters and energy management strategies. Two alternative powertrain architectures are compared: a parallel common-bus configuration and a series configuration. The simulations assess power flows, hydrogen consumption, auxiliary loads and overall energy efficiency, highlighting the potential and limitations of PEMFC-based systems for inland navigation.

La presente tesi riguarda lo sviluppo e l’analisi di un modello numerico 0D di un sistema energetico a celle a combustibile PEM per applicazione navale, con riferimento al caso studio della futura imbarcazione "Sylvania" nell’ambito del progetto CleanH2Shipping. Il lavoro si concentra sulla tratta Rotterdam–Duisburg e Duisburg–Rotterdam, utilizzando profili di missione reali di potenza richiesta e velocità della nave. Dopo un inquadramento del trasporto fluviale europeo e delle criticità di decarbonizzazione, viene descritta la modellazione della resistenza all’avanzamento e viene validato un modello di singola cella PEMFC rispetto a dati di letteratura. Il modello viene quindi esteso a un sistema multi-stack dell’ordine di 1,2 MW lordi, includendo Balance of Plant, stoccaggio dell’idrogeno, batteria, convertitori e logiche di gestione energetica. Le simulazioni confrontano due possibili architetture, parallela su bus comune e serie, valutando potenze, consumi di idrogeno, contributo degli ausiliari e rendimento energetico complessivo. I risultati permettono di discutere potenzialità e limiti dell’impiego delle PEMFC nella navigazione interna, evidenziando il ruolo dell’idrogeno come soluzione di decarbonizzazione locale e le criticità legate alla copertura dei profili di carico più severi.