Diseño y dimensionamiento de una instalación híbrida fotovoltaica – hidrógeno para cubrir la demanda de H2 como combustible en un aeropuerto

Abstract

En el contexto energético mundial actual, la transición progresiva hacia fuentes de energía renovables y sostenibles es una prioridad global. El hidrógeno está acaparando todas las miradas como un prometedor vector energético versátil, capaz de almacenar y transportar energía de manera eficiente. La creciente demanda de energía y la necesidad de reducir los gases de efecto invernadero están llevando a aumentar las inversiones en tecnologías relacionadas con el hidrógeno, su uso en gran cantidad de sectores como movilidad, generación energética, e industria química, prometen una transición hacia una matriz energética más sostenible. Aunque el hidrógeno está comenzando a expandir su nicho de mercado y cada vez tiene más aplicaciones, el principal uso actual del hidrógeno se da en la industria química, y para su obtención se utilizan en la mayoría de los casos métodos contaminantes como el reformado con vapor, es por ello que en los últimos años se están realizando grandes avances en otros métodos de producción de hidrógeno más limpios que además puedan realizarse a gran escala contribuyendo a una producción masiva, entre los que destaca la electrólisis, que permite obtener hidrógeno a partir del agua, mediante la separación de sus componentes (agua e hidrógeno) sin contaminación de ningún tipo durante el proceso. Además, la producción y posterior almacenamiento de hidrógeno durante los periodos temporales en los que existe un exceso de producción renovable permitiría aprovechar al máximo estas tecnologías y reducir las ineficiencias, evitando problemáticas cada vez más notables como el curtailment. La combinación de la electrolisis con tecnologías de energía solar fotovoltaica ofrece una solución más que atractiva para abordar los desafíos energéticos y medioambientales. Este Trabajo consiste en el diseño y dimensionamiento de una instalación de hibridación fotovoltaica e hidrógeno situada en las inmediaciones del aeropuerto de Barajas cuyo objetivo será la producción de combustible necesario para alimentar una flota de aviones de pasajeros. La demanda de hidrógeno vendrá definida por las distintas situaciones que se plantearán a lo largo del proyecto. Una vez definidas las demandas se procederá al diseño y dimensionamiento de la instalación. Inicialmente se comenzará con el diseño y seguidamente se continuará con su debido dimensionamiento. Finalmente se procederá al análisis energético de la instalación y se expondrán los resultados más significativos y conclusiones. La consecución del proyecto, enfocado al transporte aéreo, contribuye al conocimiento en un sector en el que actualmente se están dando los primeros pasos. Los resultados obtenidos pueden servir de ayuda a futuras implantaciones, actuando como punto de partida de proyectos constructivos reales.

In the current global energy context, the gradual transition towards renewable and sustainable energy sources is a global priority. Hydrogen is capturing all the attention as a promising, versatile energy vector, capable of efficiently storing and transporting energy. The increasing demand for energy and the need to reduce greenhouse gas emissions are leading to increased investments in hydrogen-related technologies. Its use in a wide range of sectors such as mobility, power generation, and the chemical industry promises a transition towards a more sustainable energy matrix. Although hydrogen is beginning to expand its market niche and has an increasing number of applications, its primary current use is in the chemical industry. In most cases, polluting methods like steam reforming are used for its production. Therefore, significant advancements have been made in recent years in cleaner methods of hydrogen production that can be scaled up for mass production. Among these methods, electrolysis stands out, which allows to produce hydrogen from water, separating its components (water and hydrogen) without any pollution during the process. Furthermore, the production and subsequent storage of hydrogen during periods of excess renewable energy production would maximize the utilization of these technologies and reduce inefficiencies, avoiding increasingly significant issues like curtailment. The combination of electrolysis with photovoltaic solar energy technologies offers an attractive solution to address energy and environmental challenges. This thesis involves the design and sizing of a photovoltaic and hydrogen hybrid installation located near the airport of Barajas. Its objective will be to produce the fuel needed to power a fleet of passenger aircraft. The hydrogen demand will be defined by the various scenarios considered throughout the project. Once the demands are defined, the installation will be designed and sized. Initially, the design phase will begin, followed by the necessary sizing. Finally, an energy and economic analysis of the installation will be conducted, and the most significant results and conclusions will be presented. This thesis contributes to current knowledge by designing and sizing a specific photovoltaic and hydrogen hybrid installation focused on aviation, an area where the first steps are currently being taken. The results obtained can be helpful for future implementations, serving as a starting point for actual construction projects.