Estudio de factibilidad técnico-económica de un sistema de generación híbrido para zonas no interconectadas de Colombia

Treballs Finals del Màster d’Energies Renovables i Sostenibilitat Energètica, Facultat de Física, Universitat de Barcelona, Curs: 2019-2020, Tutor: Cristian Fàbrega GallegoIn Colombia, about one million people do not have access to energy from the national interconnected system. These people live distributed in more than 1800 settlements or communities that are spread throughout the country, within areas called Non-interconnected Areas (ZNI). The vast majority live on the pacific coast, in rural areas with access to electricity based on off-grid fossil energy systems. These systems are expensive and produce greenhouse gases and air pollutants. This study “TFM” has a foundation in the United Nations-SDGs- Sustainable Development Goals, target number seven "Affordable and clean energy", and the current national plan of development of the Colombia government (PND_2018-2022). People living in ZNI need secure and affordable energy to break the energy poverty cycle that has held back socio-economic progress. Renewable energies have proved to be a way to provide secure and affordable electricity access. Renewable technologies have been progressing from the last decade leading a decrease in capital and operation costs. The purpose of this study is to evaluate the technical and economic feasibility of replacing current autonomous generation systems with fossil fuels with a hybrid solar photovoltaic and fuel cell renewable generation system, in three selected towns of ZNI areas. TFM focuses on designing the main equipment of the hybrid generation system, estimates its capital and operation costs, then evaluates the leveled cost of electricity on each town. Finally, makes comparing the price of renewable electricity against the current costs of diesel fuel-based systems. The estimated average electricity price of 0.38 USD/Kwh coming from the proposed hybrid system is not yet economically competitive compared to the average 0.32 USD/Kwh of fossil fuel generation. It is recommendable to make a new evaluation of the cost of capital of these technologies in the medium term. Its expected improvements in materials, efficiencies in the next coming years will generate expectations for the implementation of this type of renewable and sustainable energy in the non-interconnected areas- ZNI of Colombia

Proyecto de viabilidad de Power-to-Gas: Producción de gas natural sintético en Manaure, La Guajira – Colombia

Treballs Finals del Màster d’Energies Renovables i Sostenibilitat Energètica, Facultat de Física, Universitat de Barcelona, Curs: 2020-2021, Tutor: Cristian Fàbrega GallegoThe interest in renewable gases has increased at present, due to the decrease in the construction costs of solar photovoltaic and wind power plants, which today allows these two sources to have greater penetration in the energy mix, and the installation of larger projects and their complementarity with Power-to-Gas technology to take advantage of surplus electricity generation. This project was deals with the techno-economic analysis of a hybrid plant that combines wind and solar photovoltaic technology to generate renewable electricity, which will be converted into green hydrogen through the electrolysis of water, to finally produce synthetic natural gas (SNG) and its injection into the Guajira node gas pipeline. The wind farm and the photovoltaic solar farm were sized according to the characteristics and potential of the renewable resource of the municipality of Manaure - La Guajira (Colombia), in order to determine the levelized cost of energy (LCOE) for a hybrid wind-solar system, the capacity factor is in the range 44 – 48%. Lastly, the Power-to-Gas plant was sized to operate 12 hours a day, since PtG facilities require many hours of full load and economical renewable electricity, therefore a capacity utilization of at least 3 000 – 4 000 hours / year is required due to the high fixed cost. The project site, using conservative data, allows 4 236 hours / year of work for the Power-to-Gas pilot plant units, equivalent to 11.6 hours / day with electrical energy from the wind farm and 1 590 hours / year of operation using only electricity from the solar PV farm; this allows the Department of La Guajira, due to its abundant renewable energy resources, to be attractive for the production of green hydrogen and synthetic fuels in the medium and long term, considering the fall in electrolyzer costs towards the 2050 horizo

Monografía: El hidrógeno como fuente de energía alternativa

Esta monografía busca ilustrar al lector sobre como el hidrógeno puede ser usado como una alternativa a los combustibles fósiles tradicionales, siendo un vector energético que el único producto que genera de su combustión es agua. El uso del hidrógeno como reemplazo de los combustibles a base de petróleo, se ve soportado en la gran energía que puede liberar y por ser amigable con el medio ambiente, además de ser el elemento químico más abundante en el universo. Lo anterior es sustentado por las grandes inversiones de los Estados Unidos y la Unión Europea de aproximadamente 3000 millones de dólares para su estudio e implementación. Los países en vía de desarrollo no cuentan con políticas claras que apoyen este tipo investigación y es en esta vía que debemos trabajar unidos en la innovación de esta nueva fuente de energía. En este trabajo se identifica las experiencias más relevantes respecto a la implementación a nivel mundial del hidrógeno con el fin de afianzar un plan para la incorporación de esta tecnología en Colombia

Evaluación del tiempo de recuperación de energía necesaria para la producción de hidrógeno y su utilidad en generación eléctrica

A continuación, se presentan los resultados del estudio de estimación de los costos de energía eléctrica, obtenidos mediante resultados de laboratorio y corroborados por la simulación de la energía generada a base de hidrógeno, para revisar la factibilidad en el ámbito económico dentro del consumo doméstico de energía eléctrica. Para ello, se realizó el análisis energético del hidrógeno en el mercado, mediante el factor de recuperación (EPBT) el cual nos indica el tiempo que necesita una celda de hidrógeno para compensar la energía que utiliza. De los resultados obtenidos en laboratorio y del modelo matemático en el cual se utilizó una celda de combustible tipo PEM, se puede observar la cantidad de energía que se necesita para producir electricidad y el costo de la energía que se produce, la cual es analizada desde el punto de vista energético, técnico y económico, obteniendo así las fortalezas de ser una energía limpia libre de contaminación ya que su único residuo es vapor de agua, pero con la desventaja que en el ámbito eléctrico se producen pérdidas de energía debido a la baja eficiencia de las celdas de combustible.The following document presents the results of the study of estimating the costs of electrical energy, obtained through laboratory results and then check them through a simulation of the energy generated based on hydrogen, to check the feasibility in the economic field within consumption household electric power. From the results, an energetic analysis of hydrogen was carried out in the market, using the recovery factor (EPBT) which indicates the time it takes for a hydrogen cell to compensate for the energy it uses. From the results obtained in the laboratory and the mathematical model in which a PEM-type fuel cell was used, it is possible to see the amount of energy that is needed to produce electricity and the cost of the energy that is produced, which is analyzed from the energy, technical and economic point of view, thus obtaining the strengths of being a clean energy free of contamination since its only residue is water vapor, but with the great disadvantage that in the electrical field greater energy losses due to the low efficiency of fuel cells

Tendencias del desarrollo del hidrógeno verde para la optimización de la matriz energética peruana

El hidrógeno verde es un término que se utiliza para describir el hidrógeno producido a partir de fuentes de energía renovable, como la energía solar o eólica, en un proceso llamado electrólisis del agua. En este proceso, se utiliza electricidad para separar las moléculas de agua (H2O) en hidrógeno (H2) y oxígeno (O2), sin generar emisiones de carbono. El desarrollo del hidrógeno verde es cada vez más importante debido a su potencial para desempeñar un papel clave en la transición hacia una economía baja en carbono y libre de combustibles fósiles. A continuación, se presentan algunos aspectos importantes relacionados con el desarrollo del hidrógeno verde: Producción: La producción de hidrógeno verde implica el uso de energía renovable para alimentar la electrólisis del agua. Los sistemas de energía solar y eólica son las fuentes más comunes de energía utilizadas para este fin. A medida que la capacidad de generación de energía renovable continúa aumentando y los costos disminuyen, se espera que la producción de hidrógeno verde sea cada vez más viable a gran escala. Almacenamiento y distribución: El hidrógeno verde puede ser almacenado y distribuido para su uso posterior en una variedad de aplicaciones. Se pueden utilizar tecnologías de almacenamiento como la compresión, la licuefacción o la absorción en materiales sólidos para almacenar hidrógeno. Además, se están desarrollando infraestructuras para su distribución, incluyendo gasoductos y estaciones de carga de hidrógeno. Aplicaciones: El hidrógeno verde se puede utilizar en una amplia gama de aplicaciones, como la producción de electricidad y calor en pilas de combustible, la movilidad a través de vehículos de hidrógeno, la producción de productos químicos y la descarbonización de la industria pesada. También puede utilizarse como un medio de almacenamiento de energía para equilibrar la intermitencia de la energía renovable. Desafíos: Aunque el hidrógeno verde tiene un gran potencial, también enfrenta ix desafíos significativos. Uno de los principales desafíos es el costo de producción, ya que la electrólisis del agua todavía es relativamente cara en comparación con otros métodos de producción de hidrógeno. Además, se requiere una infraestructura adecuada para su almacenamiento y distribución, lo que requiere inversiones significativas. Iniciativas y políticas: Muchos gobiernos y organizaciones en todo el mundo están promoviendo activamente el desarrollo del hidrógeno verde a través de iniciativas y políticas. Se están implementando incentivos fiscales y programas de financiamiento para apoyar la investigación, el desarrollo y la implementación de tecnologías relacionadas con el hidrógeno verde. En resumen, el desarrollo del hidrógeno verde es una parte fundamental de la transición hacia una economía baja en carbono. A medida que se superan los desafíos técnicos y económicos, se espera que el hidrógeno verde desempeñe un papel cada vez más importante en la descarbonización de múltiples sectores y contribuya a la mitigación del cambio climático

Mejoras al dimensionamiento óptimo de sistemas híbridos con energías renovables

En lugares remotos la electrificación convencional no se puede implementar debido a la topografía del lugar y a los elevados costes de infraestructura. En este caso, el uso de sistemas de energías renovables es una solución viable a este problema. La integración de dos o más fuentes de energías renovables es más fiable que la generación con una sola fuente. Esta integración se conoce como sistema híbrido. El correcto dimensionamiento técnico del sistema y la adopción de técnicas de optimización asegura la viabilidad tecnológica y económica del sistema híbrido. Estudios sobre el dimensionamiento técnico, análisis técnico-económico, modelado y simulación de sistemas híbridos han sido realizados en comunidades aisladas. Pero un número muy reducido de trabajos contemplan la integración de turbinas hidrocinéticas, que se considera en la presente tesis. De hecho, las principales aportaciones de esta tesis se han centrado en el desarrollo de nuevos modelos de componentes para un sistema híbrido completo en el entorno MATLAB-Simulink.In remote places, conventional electrification cannot be implemented due to the topography of the place and the high infrastructure costs. In this case, the use of renewable energy systems is a viable solution to this problem. The integration of two or more renewable energy sources is more reliable than the generation with a single source. This integration is known as a hybrid system. The correct technical sizing of the system and the adoption of optimization techniques ensures the technological and economic viability of the hybrid system. Studies on the technical sizing, economic technical analysis, modeling and simulation of hybrid systems have been carried out in isolated communities. But a very small number of works contemplate the integration of hydrokinetic turbines, which is contemplated in this thesis. New component models have been developed for a complete hybrid system in the MATLAB-Simulink environment.Tesis Univ. Jaén. Departamento de Ingeniería Eléctrica. Leída el 8 de marzo 2019

Hidrógeno, el futuro de la sostenibilidad, una revisión sistemática de la realidad internacional en la última década – 2021

La presente revisión de literatura se ejecutó bajo un enfoque cualitativo con un diseño de investigación de teoría fundamentada, determinando que el hidrógeno solo es sostenible si es obtenido a partir de fuentes naturales en acción conjunta con las fuentes energéticas renovables (F.E.R.), coincidiendo de esta manera con más del 70% de los autores consultados; con respecto a los métodos aplicados a fuentes fósiles, se evidenció que el más eficiente es el reformado con vapor, mientas que de los métodos orientados a fuentes naturales, los métodos termoquímicos más competitivos fueron la pirolisis y la gasificación, en cuanto a los biológicos tenemos a la fermentación oscura; por su parte de los métodos de separación del agua, la electrolisis es la más eficiente, siendo la electrólisis alcalina la tecnología más rentable para la producción de hidrógeno en acople con las fuentes energéticas renovables, por ultimo cabe precisar que gran parte de los autores estimaron que los combustibles fósiles y el hidrógeno obtenido de estos será reemplazado por uno extraído de fuentes naturales y fuentes energéticas renovables lo cual consolidará su participación y competitividad en el mercado energético al 2030 en un 50%, lo que se incrementará a 80% para el 2050

Estudio de la utilización del hidrogeno verde en la locomoción del transporte pesado. Transportes Pakatnamu

Esta investigación tuvo como objetivo realizar el estudio de la utilización del Hidrógeno Verde en la locomoción del Transporte Pesado. El trabajo desarrollado fue de tipo aplicado, descriptivo y de diseño no experimental considerando una muestra de 52 vehículos de la empresa Transportes Pakatnamu Sac. Se obtuvieron como resultados que existe un gran potencial para aprovechar la energía del hidrógeno; se empleó la tecnología PEM para asegurar 15 años de viabilidad económica; la alternativa pila de combustible genera un ahorro entre 69,120 a 98,280 soles con un rendimiento bajo comparado con el diésel; se necesitaría 13,282 galones inicialmente a comparación de 39,853 galones de diésel; Se obtuvo un costo total anual de 180,964 dólares y con el tracto camión Nikola fue de 226,331 dólares; se obtuvo un VAN de 118,834.95 soles y un TIR del 31%. Concluyendo que la propuesta desarrollada es factible aplicarlo en la empresa de estudio

Análisis de las medidas de eficiencia energética y nuevas tecnologías de enagás

El objetivo del presente trabajo es el de analizar técnicamente las principales medidas de eficiencia energética implantadas por la empresa Enagás, y profundizar en las nuevas fuentes de energía renovables que se están promoviendo, como el biometano y, sobre todo, el hidrógeno. Para esto se ha realizado una profunda revisión bibliográfica de la empresa y del sector energético actual. Como resultado, el estudio desarrolla los proyectos de Enagás en materia de hidrógeno verde. Entre ellos, destacan el proyecto SUN2HY, que estudia la rentabilidad de producir hidrógeno por vía de la fotoelectrólisis catalítica; y el proyecto Power to Green Hydrogen Mallorca, que plantea producir hidrógeno a partir de la electricidad generada con paneles fotovoltaicos. Esta producción de hidrógeno se complementa con el estudio de formas rentables de almacenar y transportar este combustible. En este aspecto, otro de los proyectos de Enagás está trabajando con líquidos orgánicos portadores (Liquid Organic Hydrogen Carriers), que presentan una buena opción de almacenar hidrógeno y transportarlo a Europa en una especie de corredor energético desde el sur y hacia el centro-norte del continente. Como conclusión, el hidrógeno se presenta en el futuro como un combustible clave en la empresa para la consecución de objetivos tales como la descarbonización de la sociedad o la movilidad sostenible.The purpose of this project is to technically analyze the main energy efficiency measures implemented by Enagás, delving into the new renewable energy sources that are being promoted, such as biomethane and, specially, hydrogen. As a result, this research develops the Enagás projects in green hydrogen. There are two main Enagás projects: the SUN2HY project, which studies the profitability of producing hydrogen by catalytic photo electrolysis; and the Power to Green Hydrogen Mallorca project, which proposes to produce hydrogen beginning with electricity generated with photovoltaic panels. This hydrogen production is complemented by the study of profitable ways to store and transport this energy. In this regard, another related Enagás project is experiencing with liquid organic hydrogen carriers, which present a good choice for storing and transporting hydrogen from Southern to Central and Northern Europe through an energy corridor. To sum up, hydrogen is a key energy vector to achieve the Enagás' future goals, such as the decarbonization of society and sustainable mobility.Departamento de Ciencias de los Materiales e Ingeniería Metalúrgica, Expresión Gráfica en la Ingeniería, Ingeniería Cartográfica, Geodesia y Fotogrametría, Ingeniería Mecánica e Ingeniería de los Procesos de FabricaciónMáster en Gestión de la Prevención de Riesgos Laborales, Calidad y Medio Ambient

Diseño de un reactor de hidrogeno de celda seca para el acoplamiento en un motor de 200 CC

Actualmente existen diversas formas de incidir en el cambio climático y por ende en el medio ambiente, un claro ejemplo de contaminantes son los motores de combustión que produce alrededor del 70% de las emisiones globales que dañan el planeta durante muchos años. El presente proyecto se desarrolló con la finalidad de visualizar las posibles mejoras de trabajo que realiza un motor de combustión interna al enriquecer el combustible con hidrógeno para su mejor detonación en la cámara de combustión y a su vez limitar la mínima cantidad de emisiones, para ello se diseñó un generador de celda seca electrolítica. Para el criterio de la instalación se basó en elementos resistentes a la corrosión, esto se rigió a las Normas Técnicas del Acero AISI 316 que es comúnmente más comercial y anticorrosivo, el cual no participa de la reacción química y se comporta de manera neutral. Considerando los detalles, se realizaron varias pruebas para conocer la eficiencia del sistema teniendo en cuenta las dimensiones de diseño y la cilindrada del motor, de manera que se puede concluir que el sistema era más eficiente a menores revoluciones del motor, trayendo consigo un ahorro económico en el combustible o en cortas distancias como en la ciudad, en ese sentido pudimos ver que el sistema no se comporta de manera eficiente en rutas largas fuera de la ciudad ya que se produce un mayor esfuerzo de este. Una vez instalada se obtiene una cantidad considerable de hidrogeno/oxígeno a baja tensión pudiéndose obtener una cantidad 1525,48 3 /.TesisInfraestructura, Tecnología y Medio Ambient