Diseño y dimensionamiento de una planta de obtención de hidrógeno mediante electrólisis de agua de 124MW alimentada con energía solar fotovoltaica en la provincia de Huelva y análisis de viabilidad

Abstract

[ES] En el presente Trabajo Fin de Máster se aborda el diseño y dimensionamiento de una planta de electrólisis de agua de tecnología de membrana de intercambio protónico con una potencia total de 124MW y con una capacidad nominal de producción de hidrógeno de 26.055Nm3 /h (o 2.345kg/h) para abastecer de hidrógeno renovable al polo petroquímico y al Sistema Gasista de Huelva; y de una central fotovoltaica de 247MW de potencia pico que suministre energía a dicha planta e inyecte la energía excedentaria generada en la red eléctrica, con lo que se pretende contribuir a la descarbonización de los citados sectores. Asimismo, se realiza el dimensionamiento de una subestación eléctrica transformadora y de una línea aérea de alta tensión para conectar dicha central fotovoltaica con la red eléctrica de transporte secundario. El diseño y dimensionamiento de estas instalaciones es complementado mediante una serie de planos, donde se ilustra el diagrama unifilar de la central fotovoltaica y de la subestación eléctrica, y los P&ID del sistema de purificación y suministro de agua a la planta de electrólisis y del sistema de compresión y almacenamiento de hidrógeno. Además, se ha elaborado el presupuesto del proyecto, el cual asciende a un total de 944,9M€, de los cuales 551,6M€ corresponden a la central fotovoltaica e instalación eléctrica de conexión con la red de transporte y 393,3M€ corresponden a la planta de electrólisis. A partir de dicho presupuesto se ha elaborado un estudio de viabilidad económica según la normativa y la legislación vigentes, concluyéndose que a menos que se reduzcan los costes de adquisición y de operación de los sistemas de electrólisis y se otorguen subvenciones, no será posible competir con el precio de venta del hidrógeno convencional (el precio de venta del hidrógeno renovable que permite cubrir costes asume un valor medio de 3,79€/kg, frente a un coste del orden de 1€/kg del hidrógeno convencional).

[CA] En el present Treball Fi de Màster s’aborda el diseny i dimensionament d’una planta d’ electròlisi d’aigua de tecnologia PEM de potència total de 124MW i amb una capacitat nominal de producció d’hidrogen de 26.055Nm3 /h (o 2.345kg/h) per proveir d’hidrogen renovable al pol petroquímic i al Sistema Gasista de Huelva; i d’una central fotovoltaica de 247MW de potència màxima que subministre energia a dita planta i injecte l’energia excedentèria generada en la xarxa elèctrica, amb el que es pretén contribuir a la descarbonització dels citats sectors. Així mateix, es realitza el dimensionamient d’una subestació elèctrica transformadora i d’una línia aèria d’alta tensió per a connectar dita central fotovoltaica amb la xarxa elèctrica de transporte secundari. El diseny i dimensionament d’aquestes instal·lacions es complementat mitjançant una sèrie de plànols, on s’il·lustra el diagrama unifilar de la central fotovoltàica i de la subestació elèctrica, i els P&ID del sistema de purificació i subministrament d’aigua a la planta PEMWE i del sistema de compressió i emmagatzematge d’hidrógen. A més, s’ha elaborat el pressupost del projecte, el cual assumeix un valor total de 944,9M€, dels cuals 551,6M€ corresponen a la central fotovoltaica i instal·lació elèctrica de connexió con la red de transporte i 393,3M€ corresponen a la planta PEMWE. A partir del pressupost s’ha elaborat un estudi de viabilitat econòmica segons la normativa i la legislació vigents, concloentse que, a menys que es reduïxquen els costs d’adquisició i d’operació dels sistemes d’electrólisi i es concedixquen subvencions, no serà possible competir amb el preu de venta de l’hidrogen convencional (el preu de venta de l’hidrogen renovable que permet cobrir costs assumeix un valor mitjà de 3,79€/kg, davant un cost de l’ordre de 1€/kg de l’hidrogen convencional).

[EN] The present Master’s Thesis adresses the design and sizing of a water electrolysis plant based on PEM technology with an installed power of 124MW and a nominal hydrogen production of 26,055Nm3 /h (or 2,345kg/h) to provide renewable hydrogen to the petrochemichal and gas sector of Huelva; and the design and sizing of a photovoltaic power plant with a peak power of 247MW, which provides energy to the mentioned plant and injects the excedentary generated energy into the electrical grid. The objective of this project is to contribute to the decarbonization of the mentioned sectors. Moreover, the sizing of an electrical transformation substation and a high voltaje aerial line to conect the photovoltaic power plant and the electrical grid is adressed in this thesis. The design and sizing of this installations is complemented with a series of plans, where the single line diagram of the photovoltaic power plant and power substation is represented, and the P&IDs of the water feeding and purification system and hydrogen compression and storage system. Furthermore, a budget of the project has been elaborated, which amounts to a total of 944.9M€, of which 551.6M€ correspond to the PV power plant and electrical installation and 393.3M € correspond to the PEMWE plant. Based on the budget and taking into account the current normative and legislation, a feasibility economic study has been prepared, which conclusion is that unless a reduction of the CAPEX and OPEX of electrolysis systems took place and subsidies were granted, there wont be a chance for the green hydrogen to compete with the low costs of conventional hydrogen (the selling price of the green hydrogen which makes the total incomes cover all the outcomes amounts an average value of 3,79€/kg, against an estimated cost of 1€/kg for the conventional hydrogen).