Análisis de sistemas integrados de producción de hidrógeno a partir de energía eólica aportaciones al modelado dinámico de sistemas

Esta tesis profundiza en los modelos matematicos de sistemas integrados eolica-hidrogeno, particularizando el estudio en la produccion de hidrogeno a partir de energia eolica desde un punto de vista dinamico. Ademas, tambien ... se aborda la validez de los resultados de las simulaciones comparando los modelos matematicos desarrollados con datos reales de operacion, suponiendo esto una novedad respecto a los casos analizados en bibliografia.Este analisis dinamico es de utilidad debido a la naturaleza del equipo de produccion de hidrogeno a partir de energia electrica, el electrolizador debido a que presenta una gran inercia termica, que repercute en la capacidad de producir hidrogeno. Las herramientas de simulacion actuales para el diseno y dimensionado de sistemas, emplean modelos matematicos estaticos en los que el electrolizador siempre opera en condiciones nominales de temperatura, sin embargo como se constatara a lo largo de la tesis, el electrolizador presenta un comportamiento dinamico en el que la temperatura de operacion va cambiando a lo largo del tiempo cuando esta conectado a una fuente de energia que varia con el tiempo, como es la energia electrica producida por un aerogenerador.La presente Tesis Doctoral se fundamenta en cinco grandes bloques. En primer lugar, capitulo 2, se realiza una revision bibliografica sobre la situacion actual de la energia eolica a nivel mundial y nacional, en la que se pone de manifiesto la necesidad de integrar sistemas de almacenamiento de energia en parque eolicos para mejorar el comportamiento y la integracion de estos en el sistema electrico. A continuacion, se detallan aspectos generales sobre la tecnologia eolica y la tecnologia del hidrogeno, para posteriormente, describir los esquemas de principio tipicos de sistemas integrados eolica-hidrogeno. Las instalaciones experimentales de este tipo de sistemas tambien se revisan y se analizan, obteniendo conclusiones y lecciones aprendidas en el trascurso del plan de experimentacion de estas. Para finalizar, se realiza una revision del estado del arte de las herramientas de simulacion existentes para analizar desde un punto de vista computacional estos sistemas, y en que aspectos se debe profundizar para asemejar los resultados de las simulaciones con el comportamiento real de estos sistemas integrados eolica-hidrogeno. Por ultimo, se indican las aportaciones de esta Tesis al estado del arte actual en esta tematica.En el capitulo 3, se desarrollan los modelos matematicos de los equipos principales para la produccion de hidrogeno a partir de energia eolica: el aerogenerador y el electrolizador. La profundidad y complejidad de los modelos debe ser tal que permita analizar la produccion de hidrogeno dinamicamente, con unos resultados de simulacion que se asemejen a los datos reales de operacion de estas instalaciones. La validacion de los modelos matematicos desarrollados se realiza en el capitulo 4. Cada uno de los modelos se analiza de modo independiente, obteniendose conclusiones para cada uno de ellos tambien por separado. La bondad del modelo matematico del aerogenerador se compara con el comportamiento real de varios aerogeneradores en emplazamientos diferentes. El mismo modo de proceder se emplea en la validacion del modelo dinamico del electrolizador. En el capitulo 5, se aborda el analisis de la produccion de hidrogeno en sistemas integrados eolica-hidrogeno. A partir de datos eolicos registrados y previstos por una herramienta de prediccion de viento y del aerogenerador a instalar en el emplazamiento, se indica el proceso de seleccion del tamano del electrolizador para optimizar la produccion de hidrogeno. Adicionalmente, en la instalacion simulada se analiza como afectan varios aspectos a la produccion de hidrogeno: la temperatura de operacion del electrolizador, el modelo matematico empleado para simular el aerogenerador y el paso de tiempo de simulacion. Para finalizar, se comparan los resultados de simulacion de los modelos detallados desarrollados, con herramientas de simulacion de libre distribucion seleccionadas de las analizadas en el estado del arte del capitulo 2. Por ultimo, se comentan las conclusiones del analisis del sistema completo. El ultimo capitulo de la Tesis, se destina a las conclusiones finales y se abordan las lineas futuras de investigacion en esta tematica.