Gestión optimizada de estación de carga de vehículos eléctricos con apoyo solar fotovoltaico e hidrógeno verde

Abstract

Uno de los cambios que trae consigo la transición energética es la evolución hacia el vehículo eléctrico. De entre todos, este sea posiblemente uno de los que más afecte a todos estamentos de la sociedad, ya que implica un cambio radical en el modelo de movilidad preferente y en su infraestructura asociada. Este trabajo se enmarca en el contexto de la transición energética al estar centrado en el estudio de una estación de carga de vehículos eléctricos. Además, analiza la integración de una fuente de energía renovable como es la solar fotovoltaica para dar apoyo a la demanda de la instalación, así como el empleo de un sistema de almacenamiento energético. Para ello, se modelan matemáticamente los distintos elementos que componen la instalación, desde la planta solar fotovoltaica hasta el sistema de almacenamiento, pasando por las diferentes variables externas de las que depende el problema. Entre estas últimas se encontrarían la afluencia de vehículos eléctricos a la estación de carga y la potencia demandada por los mismos para cargar sus baterías. Una vez modelada la instalación se pasa a desarrollar una herramienta de análisis económico en MATLAB que permita dimensionar de manera óptima la instalación. Para ello es necesario describir un problema de optimización matemático el cual se resuelve empleando el algoritmo de optimización conocido como MAPSO. Así, se pretende obtener las dimensiones óptimas de cada elemento de la instalación de forma que se minimice en LCOE del sistema y con ello un análisis previo de la rentabilidad del mismo. Mediante la herramienta anterior se pretende también realizar una comparativa entre dos métodos de almacenamiento energético diferenciados. El primero, más convencional, basado en baterías, y el segundo basado en hidrógeno, mediante la combinación de un electrolizador y una pila de combustible.

One of the changes that brings the energy transition is the evolution towards electric vehicles. Among all of them, this might be one of those that will affect most to all sectors of society, as it implies a radical change in the preferent mobility model and in its associated infrastructure. This work is framed in the context of the energy transition by focusing on the study of an electric vehicle charging station. In addition, it analyses the integration of a renewable energy source such as solar photovoltaic to support the demand of the installation, as well as the use of an energy storage system. To do this, the different elements that comprise the installation are mathematically modelled, from the solar photovoltaic plant to the storage system, including the different external variables on which the problem depends. Among the latter are the influx of electric vehicles to the charging station and the power demanded by them to charge their batteries. Once the installation has been modelled, an economic analysis tool is developed in MATLAB to optimally size the installation. For this purpose, it is necessary to describe a mathematical optimization problem which is solved using the optimization algorithm known as MAPSO. Thus, it is intended to obtain the optimal dimensions of each element of the installation in order to minimize the LCOE of the system and thus a previous analysis of its profitability. It is algo intended, through the above tool, to make a comparison between two different energy storage methods. The first, more conventional, based on batteries, and the second on based on hydrogen, through the combination of an electrolyser and a fuel cell.