Estudio y diseño de una planta de generación de hidrógeno verde alimentada por una instalación fotovoltaica de 1 MW

Abstract

[ES] La dependencia energética global de los combustibles fósiles, los cuales tienen un efecto nocivo para el medio ambiente y cuya abundancia escasea, hace urgente la búsqueda de una alternativa verde. El hidrógeno se desmarca en este ámbito como un vector energético capaz de sustituirlos, ya que en su uso emite vapor de agua como único residuo. Además, permite obtener energía eléctrica, mediante el uso de pilas de combustible, bastante interesante para el sector de la movilidad; así como energía térmica, que puede ser aplicable a sectores difícilmente electrificables como el transporte pesado o a la industria de alta temperatura. La problemática del hidrógeno es que no se encuentra aislado en la naturaleza, sino que hay que generarlo. Actualmente el método más usado para la generación de hidrógeno es el reformado de hidrocarburos, pero esto acarrea emisiones de CO2 a la atmósfera. Sin embargo, se conoce una alternativa libre de CO2 para este fin: la electrólisis. La electrólisis es un proceso que permite separar el agua en sus dos componentes (hidrógeno y oxígeno) mediante el uso de energía eléctrica. Esto combinado con fuentes de energía renovables hace del hidrógeno una alternativa verde muy prometedora. Para un uso generalizado del mismo es necesario comprimirlo y distribuirlo, para lo que actualmente, no hay una infraestructura suficiente. El objetivo de este trabajo es diseñar una planta de producción y compresión de hidrógeno verde alimentada por una instalación fotovoltaica de 1 MW de potencia, estudiando y comparando las distintas tecnologías actuales, y posteriormente estudiar su viabilidad económica.

[EN] Global energetic dependence on fossil fuels, which have a harmful effect on the environment and whose reserves will run out in short term, makes it critical to find a green substitute for them. Hydrogen stands out in this scenario as an energy vector capable of replacing them, since through its use the only residue emitted is water vapor. In addition, you can get electrical energy if you use it in a fuel cell, interesting for sustainable mobility; as well as thermal energy, which can be usable in sectors where it is difficult for electricity to reach such as heavy transport or high-temperature industry. The problem with hydrogen is that it can not be found isolated, it needs to be generated. Nowadays, the most used method for this purpose is hydrocarbon steam reforming, but this process emits large amounts of CO2 into the atmosphere. However, a carbon-free alternative is known for this purpose: electrolysis. Electrolysis is a process by which water can be split into its two components (hydrogen and oxygen) by using electrical energy. This process combined with renewable energy sources makes hydrogen a promising green alternative. To reach an extended use, it needs to be compressed and distributed, but nowadays there is not such infrastructure. The main objective of this project is to design a green hydrogen production and compression plant powered by a 1MW photovoltaic installation, studying and comparing different technologies, and subsequently make an economic study.