Análisis de viabilidad de procesos de obtención de hidrógeno mediante fuentes renovables

Abstract

RESUMEN: El objetivo fundamental de este trabajo es desarrollar un estudio detallado, desde una perspectiva técnica y de un análisis de viabilidad económica, de un sistema de abastecimiento energético fundamentado en el hidrógeno obtenido por electrólisis. En primer lugar, se analizan las posibilidades del hidrógeno como combustible, y su papel como vector energético químico, detallándose los diferentes procesos de producción industrial disponibles en la actualidad. Debido a las características medioambientales y a la disponibilidad del recurso, el trabajo se centra en la obtención del hidrógeno a partir del agua, mediante electrólisis, explicando las distintas tecnologías de esta y sus aplicaciones. A continuación se presentan las células de combustible, como el dispositivo ideal para vincular a los electrolizadores y aprovechar el potencial energético del hidrógeno; se ha realizado una revisión de los dispositivos actualmente en el mercado y sus características. El sistema, objeto del trabajo, es un conjunto electrolizador-célula de combustible, y se analizan diversas alternativas para la alimentación eléctrica del primero: conexión directa a la red, empleo de un generador diésel o un aerogenerador. Este análisis, que se corresponde con una primera parte del estudio de la viabilidad del proyecto, se plantea de forma cualitativa y detalla las características económicas, técnicas y medioambientales de cada alternativa propuesta. Finalmente, la alternativa renovable, un aerogenerador, se considera la óptima por la excelente vinculación que existe entre energía eólica y tecnología del hidrógeno, concretada en el análisis de las ventajas que aporta esta combinación. Se define el conjunto formado por un aerogenerador, un electrolizador, una célula de combustible y una serie de equipos auxiliares (aparamenta eléctrica, compresores, tanques de almacenamiento y otros) para abastecer de forma autónoma a una urbanización de la provincia de Zamora. Se analiza la viabilidad del proyecto que, mediante la aplicación de la metodología del Análisis de Coste y Beneficio, reporta una serie de resultados vinculados con la rentabilidad económica de este. En el análisis se han contabilizado impactos económicos, sociales y medioambientales del proyecto en forma de una cuenta de costes e ingresos; conocidos los flujos de caja, se determinan los indicadores de rentabilidad. Mediante el VAN y el TIR se asegura que el proyecto es viable, reportando elevados beneficios; por otra parte, el empleo del análisis de sensibilidad permite determinar las variables críticas del proyecto, el coste de equipos y los ingresos por la venta de hidrógeno, y su influencia en la rentabilidad. El análisis de otros posibles escenarios de inversión, más o menos beneficiosos, asegura que la rentabilidad de la inversión se encuentra garantizada y abre las puertas a llevar a cabo un proyecto para desarrollar dicha instalación.

ABSTRACT: The aim of this dissertation is developing a detailed study, from a technical perspective and an economic feasibility analysis, of an energy supply system based on hydrogen obtained by electrolysis. First at all, the possibilities of hydrogen as a fuel, and its role as a chemical energy vector, are analysed, detailing the different industrial production processes available. Due to the environmental characteristics and the availability of the resource, the dissertation focuses on obtaining hydrogen from water electrolysis, explaining the different technologies of that and its applications. Then, the fuel cells are considered as the ideal device to link the electrolysers and take advantage of the energy potential of hydrogen; a review of the devices currently on the market and their characteristics has been carried out. The system, object of the study, is an electrolyser-fuel cell assembly, and various alternatives for the first power supply are analysed: direct connection to the grid, use of a diesel generator and a wind turbine. This analysis, which is the first part of the viability study, is presented qualitatively with an accurate description of the economic, technical and environmental characteristics of each proposed alternative. Finally, the renewable alternative, a wind turbine, is considered the optimum due to the excellent relation between wind energy and hydrogen technology, which is specified in the analysis of the advantages that this combination provides. The system consists in a wind turbine, an electrolyser, a fuel cell and a series of auxiliary equipment (electrical switchgear, compressors, storage tanks and others), defined to autonomously energy supply to an urbanization in the province of Zamora. The viability of the project is analysed applying the Cost and Benefit Analysis methodology, which reports a series of results related with its economic profitability. The analysis has accounted economic, social and environmental project’s impacts in the form of a cost and revenue account; known cash flows, profitability indicators are determined. The NPV and the IRR ensure that the project is viable, reporting high benefits; on the other hand, the use of sensitivity analysis determines the critical variables of the project, the cost of equipment and the income from the hydrogen sales, and its influence on profitability. The analysis of other possible investment scenarios ensures that the profitability of the investment is guaranteed and opens the doors to carry out a project to develop the installation.