Integración
Integración de la producción de hidrógeno con la generación renovable y en el sistema energético
Se realizarán ensayos experimentales alimentando al electrolizador con diferentes perfiles de energías renovables y se estudiará el comportamiento y rendimiento del proceso de electrólisis.
Se contempla también el modelado detallado de la planta completa, electrolizador y el sistema eléctrico para la realización de análisis estáticos y dinámicos, así como la realización de estudios de hibridación de tecnologías en los que se integran la producción de hidrógeno con la generación renovable y el almacenamiento.
Respecto a la planta se actuará sobre el control del electrolizador en coordinación con el resto de los elementos de la planta. Igualmente se desarrollarán algoritmos de gestión energética eficiente de la planta, así como algoritmos de mantenimiento predictivo de plantas de generación renovable con producción de hidrógeno, a través de tecnologías Machine Learning y Deep Learning. Se evaluará la instalación en nudos compartidos para implementar controles comunes a todas las instalaciones la cadena de producción y reconversión de hidrógeno conectadas a dicho punto.
Se desarrollarán modelos dinámicos de distintas soluciones de producción de H2 verde como solución de almacenamiento energético a largo plazo y como fuente de flexibilidad del sistema energético. Contemplarán distintos escenarios de interacción con otros elementos de conversión y almacenamiento, así como distintas necesidades en términos de demanda de energía e H2 como materia prima. Se desarrollarán herramientas específicas de diseño y ayuda a la toma de decisión.
Dos módulos de una instalación fotovoltaica de 15 kW de potencia se integrarán con producción de hidrógeno mediante electrolizadores, estudiando la influencia de la variabilidad de espectro solar, balance de planta, rendimientos y otras pérdidas. Igualmente se procederá a la ingeniería y diseño de plantas donde se integren el suministro excedente de un parque eólico de potencia media 40 MW, con un conjunto de electrolizadores para producción de H2 verde. Se integrarán los elementos auxiliares para el diseño funcional de planta: líneas de presurizado de H2, tanques de almacenamiento, y distribución, salidas de consumo…
Gestión optimizada de los distintos componentes de la cadena de valor del H2 (generación, almacenamiento, distribución y uso)
Se contemplan diseños de Smart Grids avanzados que integren los elementos electrolizador y pilas de combustible, junto a los elementos relacionados con la generación distribuida, baterías, puntos de recarga de vehículo eléctrico. Se desarrollarán algoritmos de gestión energética, que consideran variables como predicción de la demanda, gestionabilidad de otras cargas, precios de la energía, climatología. Se integrará el electrolizador en la arquitectura de monitorización y control de las Smart Grids (bajo conceptos IoT), con elementos como la Energy Box, SCADA y centro de control. Igualmente se desarrollarán sistemas de integración de generación/consumo de hidrógeno en microrredes híbridas DC/AC junto a otros elementos tales como fotovoltaica, baterías o carga de vehículo eléctrico.
Se implementará un control POD a las pilas de combustible y electrolizadores para dotar al operador de la red de una herramienta con la que minimizar el efecto y la propagación de las oscilaciones.
Se desarrollarán estrategias de control óptimo supervisor para el cálculo de las consignas de operación de cada uno de los elementos del Sistema, bajo la consideración de las restricciones relativas al estado actual o previsto de las redes y mercados energéticos. Se diseñará un sistema de toma de decisiones para una gestión de la flexibilidad.
Las estrategias y algoritmos implementados en el sistema de control desarrollado serán validados en un piloto demostrador a pequeña escala.
Planificación estratégica y estudios prospectivos de la penetración del H2 como vector energético
Se realiza la simulación de la planta en entornos industriales donde quieran instalarse electrolizadores. Mediante software como Aspen o TRNSYS se evaluará su comportamiento frente a diferentes escenarios de aprovisionamiento, determinando las condiciones óptimas de operación. La integración de la información obtenida de las simulaciones con los datos del proceso existente permitirá realizar un estudio de viabilidad tecno-económica, y el uso de modelos predictivos, permitirá garantizar el adecuado funcionamiento de la planta.
Se desarrollarán modelos del Sistema Energético que consideren distintas escalas geográficas y escenario, para la elaboración de recomendaciones de planificación estratégica y estudios prospectivos acerca de la penetración del H2 como vector energético. Estos tendrán en cuenta distintas tendencias en la evolución de la demanda de energía e hidrógeno, distintas variables socio-económicas, las políticas energéticas, etc.
En este sentido se estudiarán casos concretos de penetración del H2 verde como vector energético en la región de Navarra, y otras como Aragón o CAPV. Un ejemplo concreto será la planificación y prospectiva para una estación consistente en un electrolizador comercial de 40 MW alimentado por energía renovable para alimentar a empresas que han manifestado interés en integrar economía de H2 verde como vector de suministro energético en sustitución del gas natural.
Sensórica
Se diseñará e implementará un sistema de monitorización de la concentración de hidrógeno para redes de distribución de blending de hidrógeno – gas natural. Este contempla el desarrollo de un nuevo sensor de medición de concentración de hidrógeno basado en varias tecnologías de detección.
Igualmente se analizará la capacidad de mejora, a través de la sensórica de la monitorización, control y seguridad en la generación, almacenamiento y/o transporte del hidrógeno verde, así como en toda la cadena de conversión de este. Para ello se realizará una simulación y , monitorización de los parámetros de control de plantas piloto con la perspectiva de extrapolarlo a instalaciones reales.
Investigación en tecnologías de utilización del hidrógeno
Los altos requerimientos energéticos de muchos procesos industriales hacen inviable el uso de electricidad renovable como fuente energética.
Se realizará un estudio sobre la sustitución de los combustibles fósiles por hidrógeno verde en los sistemas industriales, concretamente sobre el efecto de esta sustitución en la operación y mantenimiento de los hornos industriales. Igualmente se desarrollarán sistemas avanzados de monitorización de la combustión.
Para ello se utilizará una instalación experimental piloto de un horno industrial flexible, que permitirá estudiar cómo influyen las modificaciones en la composición del combustible sobre diferentes tipologías de hornos industriales.
Otro de los usos a estudiar es la micro-cogeneración, la cual puede cubrir la demanda térmica y proporcionar electricidad a los edificios. Se propondrán mejoras de diseño y control que mejoren la viabilidad tecno-económica de sistemas de micro-cogeneración basados en pila de combustible.
En el ámbito del establecimiento de los requerimientos de acceso a este nuevo combustible se llevará a cabo un desarrollo conceptual de implantación de sistemas de almacenamiento, distribución y uso final de combustibles gaseosos, tanto a través de canalizaciones distribuidas como de instalaciones de almacenamiento comprimido o sistemas criogénicos.