Modelo en Matlab Simulink para un sistema de acumulación de hidrógeno para sistemas fotovoltaicos autónomos

Abstract

El principal objetivo de la propuesta de este trabajo de grado es realizar un modelo matemático a través de la herramienta computacional Matlab/Simulink, que permita determinar del comportamiento eléctrico de un sistema integrado de almacenamiento y aprovechamiento del Hidrógeno para sistemas fotovoltaicos autónomos. Este trabajo plantea realizar un estudio de la producción de hidrogeno verde como alternativa energética para los sistemas de almacenamiento que respaldan los sistemas de generación intermitente de energía renovable. La primera fase del trabajo me detalla la zona de estudio propuesta para el trabajo, siendo una zona no interconectada de Colombia, localizada en el departamento de Nariño. De esta zona de estudio se especifica los consumos energéticos de la localidad de El Charco, además de detallarme el sistema actual que utiliza la localidad para proporcionar el recurso energético a la población. La segunda fase del trabajo se centra en el marco teórico necesario para la realización de este trabajo, empezando por especificar los motivos sobre los cuales se basó este trabajo, describiendo el concepto de P2G y como está el panorama internacional para el aprovechamiento del Hidrógeno. Luego se centra en describir los distintos sistemas que conforman un sistema autónomo de aprovechamiento del Hidrógeno, empezando por los métodos de obtención del Hidrógeno y dando un énfasis en la obtención de Hidrógeno Verde. Describe además los métodos convencionales de almacenamiento energético que aprovecha las baterías, también detalla la forma convencional y más usada para el almacenamiento de Hidrógeno. La parte final de esta fase me detalla la metodología relacionada a los sistemas de celdas combustible que son los que aprovechan este Hidrógeno para genera energía eléctrica y se da un énfasis especial a los sistemas de celdas combustibles PEM, la cual es la tecnología que fue seleccionada para este trabajo. La tercera fase del trabajo para ya a describir el planteamiento matemático necesario para realizar el modelo en Matlab Simulink para el sistema de aprovechamiento de Hidrógeno. Empezando por describir el modelo del subsistema fotovoltaico que me entregara los excedentes de energía eléctrica. Luego se detalla el modelo de aprovechamiento de Hidrógeno el cual es la base de este trabajo, empezando por el subsistema de generación de Hidrógeno que se encuentra integrado por un sistema de electrolizadores. Se pasa luego al sistema de almacenamiento energético que se realiza mediante el modelo matemático para el llenado del tanque en función a la temperatura de trabajo que se tendrá en el sitio. La tercera parte de esta fase me describe el modelo matemático del sistema de generación energética que tiene como centro un stack de celdas combustibles tipo PEM que hacen uso del Hidrógeno almacenado y convertirlo de esta manera en energía eléctrica que será entregada por el sistema. La parte final de esta fase me describe el funcionamiento del modelo un sistema de generación Autónomo con respaldo de baterías que será usado para comparar y evaluar el modelo propuesto de este trabajo. Finamente se realizó la evaluación del modelo planteado de este sistema de aprovechamiento de Hidrógeno donde se logró obtener el comportamiento eléctrico adecuado que presentan los sistemas de aprovechamiento de Hidrógeno, teniendo algunas restricciones en cuanto al modelo para poder comparar los resultados obtenidos con el modelo autónomo respaldado por baterías. Algunos resultados obtenidos en estos trabajos fueron, el comportamiento de las curvas de potencia, voltaje y corriente del sistema de aprovechamiento de Hidrógeno que se modelo en este sistema, además de unos datos proporcionados por el sistema autónomo respaldado por baterías que son ilustrados en un panel de control que trae el dicho modelo.