Modelo técnico y económico de electrolizador para la producción de hidrógeno como vector energético

• Autores: Guillermo Matute Gómez
• Directores de la Tesis: Luis Correas Usón (dir. tes.), José María Yusta Loyo (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Zaragoza ( España ) en 2021
• Idioma: español
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Energías Renovables y Eficiencia Energética por la Universidad de Zaragoza
• Materias:
  • Química
    • Química inorgánica
      • Hidrogeno
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• Resumen

  • Desde los años 90, los países desarrollados vienen haciendo frente al problema del cambio climático mediante la introducción progresiva de energías renovables en su mix energético. Si bien las tecnologías detrás de los sistemas de generación renovable son suficientemente maduras hoy y en la mayoría de proyectos viables sin la necesidad de subsidios, los porcentajes de penetración que se esperan durante los próximos años implican problemas de saturación de las redes eléctricas existentes. En este contexto, el uso del hidrógeno como vector energético ha sido reconocido como una de las estrategias con mayor potencial para hacer frente a este problema. Este potencial se debe principalmente a la facilidad para almacenar este combustible sin pérdidas a gran escala, al gran abanico de mercados que puede atender, pero sin duda a la gran variedad de métodos existentes para producirlo. Particularmente, la electrólisis del agua es uno de los más prometedores ya que se puede implementar a gran escala (con equipos de potencia nominal en el orden de los kilovatios a los cientos de megavatios) produciendo un hidrógeno con reducida o nula huella de carbono. Sin embargo, las tecnologías de electrólisis más desarrolladas (alcalina y PEM) hacen frente todavía a limitaciones en cuanto a costes, eficiencia o degradación que dificultan un despliegue masivo. En este contexto, esta tesis presenta un modelo de análisis tecno-económico de sistemas de producción de hidrógeno mediante electrólisis que considera las implicaciones de la operación dinámica y los diferentes estados de operación de estos equipos, de modo que puedan aportar flexibilidad en el lado de la demanda, hecho que permite al promotor o al propietario de la planta mejorar la viabilidad económica del proyecto. Para mostrar la utilidad del modelo, se presentan dos casos de estudio que cubren dos situaciones actuales en las cuales se aplica la electrólisis a día de hoy: producción de hidrógeno centralizada en la escala de los megavatios y descentralizada con equipos de varias decenas de kilovatios. Los resultados muestran que, a través de estrategias de control orientadas hacia un despacho óptimo de la planta de producción de hidrógeno con criterio económico, se puede mejorar la viabilidad de la planta, pero también ilustran la importancia de hacer frente a una serie de retos tecnológicos que, de ser resueltos, facilitarían un despliegue masivo de la electrólisis como facilitador de la penetración de las energías renovables en redes eléctricas.