Análisis e implementación de tecnologías de hidrógeno, para la optimización de microrredes renovables, integrando supercondensadores
Esta Tesis se concibe como un trabajo integrado dentro de las investigaciones del Grupo de Investigación TEP-192, en el Centro de Investigación en Tecnología, Energía y Sostenibilidad (CITES) de la Universidad de Huelva, junto al Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA), en el Centro de Exp...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2024 |
| País: | España |
| Institución: | Universidad de Huelva (UHU) |
| Repositorio: | Arias Montano. Repositorio Institucional de la Universidad de Huelva |
| Idioma: | español |
| OAI Identifier: | oai:ariasmontano.uhu.es:10272/25081 |
| Acceso en línea: | https://hdl.handle.net/10272/25081 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Hidrógeno Microrredes Supercondensadores Electrolizador Optimización Microgrids Supercapacitors Electrolyzer Optimization 2106.01 Energía Solar 2207.09 Conversión de Energía 2303.14 Hidrogeno 3322.01 Distribución de la Energía 3322.02 Generación de Energía 3322.03 Generadores de Energía 3322.04 Transmisión de Energía 3322.05 Fuentes no Convencionales de Energía |
| Sumario: | Esta Tesis se concibe como un trabajo integrado dentro de las investigaciones del Grupo de Investigación TEP-192, en el Centro de Investigación en Tecnología, Energía y Sostenibilidad (CITES) de la Universidad de Huelva, junto al Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA), en el Centro de Experimentación de El Arenosillo (CEDEA). Se centra en analizar diferentes alternativas energéticas para realizar una serie de propuestas específicas y análisis experimentales, en base a implementaciones operativas, en relación a las tecnologías del hidrógeno y las microrredes basadas en fuentes de energía renovables. Comienza con un análisis crítico a lo largo del tiempo de las principales tecnologías de producción sostenible de hidrógeno a partir de agua. Como resultado, se han ordenado todas las técnicas haciendo posible comprender cómo los nuevos materiales han impulsado a nuevas técnicas, más eficientes y menos costosas. En la electrólisis se ha alcanzado un alto nivel de madurez, mientras que otras técnicas todavía tienen un largo camino por recorrer, aunque a lo largo de los años se han ido realizando muchas mejoras y avances relevantes. El análisis ofrece una visión global y comparativa de cada tecnología, haciendo posible identificar los diferentes caminos en los que se necesitan esfuerzos. Una vez realizado el análisis se constatan las ventajas de los electrolizadores PEM, todavía con gran potencial de desarrollo. Es necesario centrar esfuerzos en mejorar características de los sistemas basados en hidrógeno, como la eficiencia, el tiempo de arranque, la vida útil y el rango de potencia de operación, entre otros. Los dos elementos claves a mejorar en los electrolizadores PEM son los stacks y el balance de planta. En esta línea, se desarrolla el diseño, implementación y experimentación práctica de un balance de planta para un electrolizador PEM de tamaño medio. Se basa en la realización del diseño óptimo del balance de planta, prestando especial atención a los subsistemas que la componen. En base a esto se ha desarrollado una lógica de control que garantiza un funcionamiento eficiente y seguro. Los resultados experimentales validan la lógica de control diseñada en varios casos operativos, incluidos casos de advertencia y fallo. Además, los resultados experimentales muestran el correcto funcionamiento en los diferentes estados de la planta, analizando la evolución de la presión y temperatura del flujo de hidrógeno. La capacidad de la planta de electrólisis PEM desarrollada se valida en cuanto a su tasa de producción, amplio rango de potencia operativa, tiempo de presurización reducido y alta eficiencia. Se espera el progresivo aumento de las tecnologías del hidrógeno en la generación local de energías renovables. Las microrredes juegan un papel fundamental en la gestión de la energía basadas en fuentes de energía renovable. Sin embargo, el uso de la electricidad para la generación de hidrógeno propone una serie de retos previos en la dinámica de funcionamiento, debido a la naturaleza intermitente de los recursos renovables, así como en los requisitos de potencia a la hora de gestionar diferentes sistemas de almacenamiento energético, que bien pueden ser influenciados con la hibridación de nuevas alternativas como es el uso de supercondensadores. Se presenta un análisis experimental sobre la influencia de supercondensadores en microrredes basadas en renovables con bus de DC de 400 V. El análisis incluye una comparación entre el rendimiento de la microrred en hibridación con supercondensadores. Se lleva a cabo el diseño, desarrollo, integración y ensayo experimental de un banco de supercondensadores conectado a una microrred basada en energías renovables. Los resultados del estudio demuestran una respuesta dinámica más suave de la microrred, una gestión de energía más eficiente y flexible, mayor estabilidad de voltaje, mayor vida útil del banco de baterías y protección operativa de los equipos afectados por picos de corriente. |
|---|