Diseño de una central solar-eólica aislada para producir hidrógeno verde

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Un equipo internacional de investigación ha realizado un análisis tecnoeconómico para determinar el diseño y el tamaño óptimos de centrales eólicas solares fuera de la red destinadas a la generación de hidrógeno verde en estaciones de repostaje para vehículos eléctricos de pila de combustible (VEC).

El sistema propuesto utiliza la energía sobrante para la electrocoagulación (EC), un método de tratamiento de aguas residuales. “Para satisfacer la demanda de agua de las industrias y compensar la falta de suministros de agua dulce, se incorpora la EC para tratar las aguas residuales vertidas, lo que es respetuoso con el medio ambiente, especialmente cuando la electricidad se produce a partir de fuentes de energía renovables”, explican los científicos. “Al incorporar la estación de EC con una central eléctrica renovable autónoma basada en la producción de hidrógeno, se puede mejorar la sostenibilidad y la movilidad”.

El grupo de investigación partió de la base de que la estación de hidrógeno se ubicaría en Ostrava, al noreste de la República Checa. La ciudad tiene una radiación solar media diaria de 2,89 kWh/m2 y una velocidad del viento de unos 5,69 m/s. La demanda de hidrógeno de la estación se estima en 10 kg por hora o 240 kg al día. El sistema propuesto consta de turbinas eólicas, paneles fotovoltaicos, un electrolizador, un inversor, depósitos de hidrógeno y baterías. Se supone que todos ellos tienen una vida útil inferior a 25 años.

“El diseño óptimo de la planta determina el tamaño de los componentes de la siguiente manera: paneles fotovoltaicos con una capacidad de 298 kW, 22 aerogeneradores de 100 kW cada uno, 30 cadenas de baterías de plomo-ácido de 1 kWh, electrolizador de 1000 kW de capacidad y depósitos de hidrógeno con una capacidad de 800 kg”, explicaron además.

Su análisis demostró que la unidad fotovoltaica puede generar hasta 300.425 kWh/año y la turbina eólica 6.697.566 kWh/año. El consumo anual de energía de los electrolizadores es de unos 3.972.059 kW, y su producción anual se estima en 85.595 kg. Además, la planta de electrocoagulación genera anualmente 262.678 kWh de electricidad.

Mediante su análisis tecnoeconómico, los académicos descubrieron que el sistema ya puede alcanzar niveles de precios significativamente bajos para el hidrógeno que produce. “El coste nivelado del hidrógeno (LCH) es de 2,89 euros (3,12 dólares)/kg de hidrógeno, mientras que el coste neto actual (NPC) es de 5,49 millones de euros, excluidos los costes unitarios del compresor”, concluyen. “La turbina eólica y el sistema electrolizador tienen el CPN más elevado. En consecuencia, el CPN global del proyecto y el LCH se verán significativamente afectados por el crecimiento o la disminución de los costes correspondientes de los parques eólicos y los electrolizadores”.

Sus conclusiones pueden consultarse en “An optimal standalone wind-photovoltaic power plant system for green hydrogen generation: A case study for hydrogen refueling station” (Un sistema de central eléctrica eólica-fotovoltaica independiente óptimo para la generación de hidrógeno verde: un estudio de caso para una estación de servicio de hidrógeno), publicado en Results in Engineering. La investigación ha sido realizada por científicos de la Universidad Técnica VSB de Ostrava (República Checa), la Universidad Menoufia de Egipto, la Universidad de Zagazig, la Universidad de El Cairo y la Universidad de Kuwait.

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