Analysis of the potential of hydrogen in the energy transition and design of a photovoltaic power plant incorporating hydrogen as an energy storage solution

Abstract

[EN] The use of hydrogen as a dispatchable source of renewable energy holds promise for meeting decarbonization goals and reducing greenhouse gas emissions to combat climate change.

This work provides a comprehensive analysis of the state-of-the-art methods and technologies for hydrogen production, storage and distribution, and explores the potential applications of hydrogen in the energy and transportation sectors, highlighting its disruptive effects on these industries.

Once the methods and technologies to produce, store and distribute hydrogen have been introduced, as well as the main applications in the energy and transport sectors, a global analysis of the potential of hydrogen in the energy transition is carried out, considering its role in the achievement of sustainable and clean energy systems, analyzing the current demand for hydrogen and the forecasts for its evolution in the coming decades.

Finally, the design of a small solar photovoltaic power plant incorporating hydrogen as an energy storage solution is presented, focusing especially on the design of power electronics and control algorithms, creating mathematical models of each of the components using Matlab and Simulink software to simulate the installation with and without the use of hydrogen as a means of energy storage, calculating the usability factor in both cases and thus demonstrating how the use of hydrogen in such facilities can help to improve their usability

[ES] El uso del hidrógeno como fuente despachable de energía renovable resulta prometedor para cumplir los objetivos de descarbonización y reducir las emisiones de gases de efecto invernadero para combatir el cambio climático.

Esta obra ofrece un análisis exhaustivo de los métodos y tecnologías más avanzados para la producción, almacenamiento y distribución de hidrógeno, además de explorar las aplicaciones potenciales del hidrógeno en los sectores de la energía y el transporte, destacando sus efectos disruptivos en estas industrias.

Una vez se han introducido los métodos y tecnologías para producir, almacenar y distribuir el hidrogeno, así como las principales aplicaciones en el sector energético y el sector del transporte, se realiza un análisis global del potencial del hidrógeno en la transición energética, considerando su papel en la consecución de sistemas energéticos sostenibles y limpios, analizando la demanda actual de hidrogeno y las previsiones de evolución en las próximas décadas.

Por último, se presenta el diseño de una pequeña central solar fotovoltaica que incorpora hidrógeno como solución de almacenamiento energético, centrándose especialmente en el diseño de la electrónica de potencia y los algoritmos de control, creando modelos matemáticos de cada uno de los componentes utilizando el software Matlab y Simulink para poder simular la instalación con y sin el uso de hidrogeno como medio de almacenamiento de energía, calculando el factor de usabilidad en ambos casos y demostrando de esta manera cómo el uso de hidrógeno en este tipo de instalaciones puede ayudar a mejorar su usabilidad.