Long-run energy planning of hydrogen-based power and transport sectors in Italy

McCarthy Valderrama, Kieran (2022). Long-run energy planning of hydrogen-based power and transport sectors in Italy. Thesis (Master thesis), E.T.S.I. Industriales (UPM).

Description

Title: Long-run energy planning of hydrogen-based power and transport sectors in Italy
Author/s:
  • McCarthy Valderrama, Kieran
Contributor/s:
  • Asensi Orosa, Rafael
Item Type: Thesis (Master thesis)
Masters title: Ingeniería Industrial
Date: February 2022
Subjects:
Freetext Keywords: Energy planning, Italy, power sector, mobility sector, energy storage, renewable energy sources, green hydrogen, electrolyzers, fuel cells, hydrogen storage, batteries
Faculty: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Department: Automática, Ingeniería Eléctrica y Electrónica e Informática Industrial
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

La alta dependencia de las energías renovables en factores ambientales como la irradiación solar y la velocidad del viento hacen que su generación sea intermitente y que, por si solas no sean capaces de adaptarse correctamente a la demanda eléctrica. Para hacer frente a este inconveniente existen actualmente diferentes soluciones, algunas todavía en fases iniciales de desarrollo. La primera alternativa, la más empleada en la actualidad, consiste en regular la generación eléctrica mediante centrales de ciclo combinado, a pesar de ser una tecnología basada en combustibles fósiles. La segunda busca la utilización de sistemas de almacenamiento de energía que acumulen energía cuando la producción sea mayor que la demanda y la liberen en caso contrario. Estos sistemas de almacenamiento se encuentran aún en fases de desarrollo a gran escala, pero son considerados como una alternativa para regular la generación eléctrica de forma barata, fiable y no contaminante en el medio y largo plazo. Actualmente existen varias tecnologías de almacenamiento de energía. Entre ellas destacan tanto por su potencial para ser acoplados a la red de forma masiva en el corto-medio plazo, como por sus características y funcionamiento, los sistemas de almacenamiento basados en baterías y los basados en hidrógeno. Por un lado, las baterías son dispositivos que convierten la energía química directamente en energía eléctrica y viceversa. Está compuestas, a grandes rasgos, de dos electrodos donde tienen lugar reacciones de reducción y oxidación, y un electrolito que los rodea a ambos, separados físicamente por un separador. De entre todos los tipos de baterías, las de Litio-Ion son las que, según diversos estudios, mayor potencial tienen para ser acopladas a la red eléctrica. Esto se debe tanto a sus mayores energía y potencia específicas, como al grado de desarrollo que han experimentado en los últimos años, y que se espera que tengan en los próximos años. De esta manera, en el presente trabajo, únicamente se considerará este tipo de baterías. Por otro lado, el almacenamiento basado en el hidrógeno necesita de tres partes: un sistema de producción de hidrógeno, un sistema de almacenamiento y uno de reelectrificación. En función de la tecnología y la materia prima que se emplee para obtener hidrógeno, este se puede clasificar como gris, generado mediante la gasificación del carbón, azul, obtenido mediante el reformado del gas natural y, por último, el verde, producido a través de la hidrólisis del agua y sin emisiones contaminantes asociadas. Además, el almacenamiento del hidrógeno se lleva a cabo generalmente en tanques en estado gaseoso o líquido. Por último, la reelectrificación del hidrógeno se puede llevar a cabo mediante pilas de combustibles o usando turbinas de hidrógeno. Si bien tanto la electrólisis como las células de combustible son tecnologías que aún están en fase de desarrollo comercial a gran escala, tienen un gran potencial de reducción de costes y de optimización en el futuro. De esta manera, en este trabajo se considerarán electrolizadores como pilas de combustibles de membrana de protones (PEMEC y PEMFC, respectivamente), por su mayor eficiencia y grado de desarrollo. De esta manera, es posible acoplar las baterías y los sistemas de almacenamiento con hidrógeno a la red eléctrica siguiendo el esquema de la siguiente figura. En ella se muestra un esquema básico de acople entre los sectores eléctricos y de movilidad. La energía eléctrica necesaria en ambos sectores es generada tanto con fuentes tradicionales como con renovables. Estas, a su vez emplean la electricidad restante para almacenarla en baterías o para producir hidrógeno verde, que puede ser almacenado para su posterior uso para obtener electricidad o para impulsar vehículos de pila de combustible. El objetivo de este Trabajo Fin de Máster es proponer una planificación a largo plazo para el desarrollo del sistema eléctrico italiano, basado en una solución de coste óptimo para un esquema similar al anterior. Además, se estudiará el coste económico de la instalación de los ya mencionados sistemas de almacenamiento.

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Item ID: 69601
DC Identifier: https://oa.upm.es/69601/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:69601
Deposited by: Biblioteca ETSI Industriales
Deposited on: 30 Mar 2022 08:06
Last Modified: 25 May 2022 22:30
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