Resumen de Análisis de viabilidad técnica-económica de la integración de sistemas basados en tecnología de hidrógeno para microrredes de energías renovables

Jesús Rey Luengo

• español

  La presente Tesis se enmarca dentro del conjunto de investigaciones realizadas dentro del Grupo de Investigación TEP-192, en el Centro de Investigación en Tecnología, Energía y Sostenibilidad (CITES), perteneciente a la Universidad de Huelva. Se centra en el análisis técnico-económico de los sistemas basados en tecnología de hidrógeno, los cuales van a jugar un papel fundamental en los próximos años en la descarbonización de la economía, y la viabilidad de integrarlos en uno de los pilares de la transición energética desde un modelo de generación centralizado a un modelo de generación distribuido, esto es, en microrredes renovables. La Tesis comienza con el estudio de una microrred renovable (ubicada en el Campus La Rábida, Universidad de Huelva) que integra sistemas de almacenamiento de batería hibridados con tecnología de hidrógeno. Para dicha microrred, estudia la influencia del sistema de gestión energética (SGE) implementado (SGE basado en prioridad de uso de sistema de baterías y SGE basado en prioridad de uso de sistemas de hidrógeno) en el impacto económico y ambiental, así como el impacto económico que tendría la microrred si en un futuro hipotético hubiese una drástica reducción de costes de las tecnologías de hidrógeno. Así, se observa que, actualmente, la microrred estudiada tiene costes de adquisición muy elevados que lastran por completo su rentabilidad económica. De este modo, el estudio continúa con el estudio de la rentabilidad económica de la microrred en función del precio de compraventa de energía de la red eléctrica principal (que proporciona energía o sobre la que se inyecta energía si la producción es inferior a la demanda energética o si la producción es superior a la demanda, respectivamente), del SGE implementado y la reducción de costes de las tecnologías de hidrógeno. Posteriormente, se añade una variable más al estudio de rentabilidad: la reducción de costes de los sistemas de producción renovables y las baterías. Aunque actualmente la microrred estudiada no es rentable económicamente, bajo determinados SGE, no está lejos de serlo (máxime considerando el actual panorama incierto de los precios de la electricidad). Además, los resultados demuestran que, en un futuro, si reducen los costes de las tecnologías de hidrógeno, la microrred puede llegar a ser competitiva desde el punto de vista económico, en comparación con una vivienda cuya demanda energética es completamente satisfecha por la red eléctrica principal. Posteriormente, se estudian aspectos técnicos, tecnológicos y regulatorios que conciernen al hidrógeno producido partir de energías renovables (esto es, hidrógeno verde). Así, se estudia la huella hídrica y energética del hidrógeno verde (cantidad de agua y energía necesarias por unidad de energía obtenida en forma de hidrógeno, respectivamente), obteniéndose que la primera es muy competitiva frente a otros combustibles, mientras que la huella energética es claramente desfavorable no sólo frente a otros combustibles, sino también frente a sistemas de almacenamiento energético. Por otra parte, tanto el grado de desarrollo de las tecnologías de hidrógeno como status legal del hidrógeno verde a nivel mundial son claramente desiguales, observándose, por una parte, tecnologías prometedoras que se encuentran a escala de laboratorio y tecnologías que se encuentran comercializadas mientras que, por otra parte, hay países que tienen establecidas regulaciones concernientes al hidrógeno verde y otros ni siquiera contemplan establecer legislación al respecto. El trabajo realizado es clave para hacer énfasis en la importancia de invertir en I+D+i para mejorar aspectos técnicos y económicos que conciernen a la tecnología de hidrógeno verde, así como un punto de partida para realizar una serie de investigaciones que van a ser cruciales a la hora de desplegar la tecnología de hidrógeno verde a gran escala, tanto a nivel de microrredes como a nivel industrial.

• English

  The present Thesis is part of the set of investigations carried out within the Research Group TEP-192, at the Center for Research in Technology, Energy and Sustainability (CITES), belonging to the University of Huelva. It focuses on the techno-economic analysis of systems based on hydrogen technology, which will play a fundamental role in the coming years in the decarbonization of the economy, and the feasibility of integrating them into one of the pillars of the energy transition from a centralized generation model to a distributed generation model, that is, in renewable microgrids. The Thesis begins with the study of a renewable microgrid (located on the La Rábida Campus, University of Huelva) that integrates battery storage systems hybridized with hydrogen technology. For this microgrid, it studies the influence of the implemented energy management system (EMS) (EMS based on priority use of battery systems and EMS based on priority use of hydrogen systems) on economic and environmental impact, as well as the economic impact that the microgrid would have if, in a hypothetical future, there were a drastic reduction in the costs of hydrogen technologies. It is observed that, currently, the studied microgrid has very high acquisition costs that completely undermine its economic profitability. Thus, the study continues with the analysis of the economic profitability of the microgrid based on the buying and selling price of energy from the main power grid (which supplies energy or into which energy is injected if production is lower than energy demand or if production is higher than demand, respectively), the implemented EMS, and the reduction in costs of hydrogen technologies. Subsequently, an additional variable is added to the profitability study: the reduction in costs of renewable production systems and batteries. Although the currently studied microgrid is not economically profitable, under certain EMS, it is not far from being so (especially considering the current uncertain landscape of electricity prices). Furthermore, the results demonstrate that, in the future, if the costs of hydrogen technologies decrease, the microgrid can become economically competitive compared to a household whose energy demand is completely met by the main power grid. Subsequently, technical, technological, and regulatory aspects concerning hydrogen produced from renewable energies (i.e., green hydrogen) are studied. Thus, the water and energy footprint of green hydrogen (amount of water and energy required per unit of energy obtained in the form of hydrogen, respectively) is studied, finding that the former is very competitive compared to other fuels, while the energy footprint is clearly unfavourable not only compared to other fuels but also to energy storage systems. On the other hand, the degree of development of hydrogen technologies and the legal status of green hydrogen worldwide are clearly unequal, with promising technologies only found at the laboratory scale and other technologies are completely commercialized, while some countries have established regulations concerning green hydrogen and others do not even consider establishing legislation in this regard. The work carried out is key to emphasizing the importance of investing in R&D to improve the technical and economic aspects concerning green hydrogen technology, as well as a starting point for a series of investigations that will be crucial when deploying green hydrogen technology on a large scale, both at the microgrid and industrial levels.