Los investigadores coreanos han demostrado con éxito la eficacia de un sistema de hidrógeno verde utilizado para complementar la volatilidad de la energía renovable
El mundo necesita energías renovables como la solar y la eólica. Pero estas energías son intermitentes, no hay producción en los momentos en los que no hay sol o viento, y por tanto es imprescindible tener métodos de almacenamiento. Las baterías tienen sus problemas, y aquí es donde el hidrógeno puede ayudar.
El hidrógeno se puede usar directamente como combustible, combinándose con oxígeno para producir electricidad. Un coche de hidrógeno produce nada más que vapor de agua como residuo. Pero en la actualidad, una gran parte del hidrógeno se obtiene del petróleo, lo que produce emisiones de CO2.
El hidrógeno verde se obtiene por electrólisis del agua, en el que se aplica energía eléctrica derivada de fuentes renovables como la energía solar y eólica al agua para producir hidrógeno y oxígeno. Este método de producción es un proceso de producción de hidrógeno respetuoso con el medio ambiente que no emite dióxido de carbono.
El Dr. Joungho Park y su equipo de investigación del Laboratorio de Ciencia Computacional y de Inteligencia Artificial en el Instituto de Investigación Energética de Corea (KIER) concluyeron que el hidrógeno verde, que facilita la conversión y almacenamiento de energía excedente, es la forma más efectiva de superar los problemas de una red de energía renovable que combina energía solar y eólica.
El papel del hidrógeno verde para P2G2P
El hidrógeno como almacenamiento de energía
La energía renovable se enfatiza cada vez más como un medio clave para lograr la neutralidad de carbono y la seguridad energética. En la 28ª Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (COP-28, diciembre de 2023), se llegó a un acuerdo para triplicar la capacidad de generación de energía renovable para 2030. En apoyo a esta iniciativa global, la República de Corea también anunció la «Estrategia para Ampliar la Distribución y Fortalecer la Cadena de Suministro de Energía Renovable» (Ministerio de Comercio, Industria y Energía, mayo de 2024) para apoyar el crecimiento sostenible de la industria de energía renovable nacional.
Para expandir la energía renovable, es fundamental manejar la variabilidad de factores como la radiación solar intermitente y las velocidades del viento, además de la distribución. Para garantizar la seguridad y eficiencia de las operaciones de energía, se requiere la capacidad de responder de manera flexible tanto a la escasez como a los excedentes. Como solución, se propone la tecnología Power-to-Gas (P2G), que utiliza energía renovable excedente para producir hidrógeno verde sin carbono y compensa la variabilidad a través de un uso oportuno.
*P2G (Power-to-Gas): Una tecnología que convierte la electricidad en un gas, como el hidrógeno o el metano, utilizando energía eléctrica renovable de fuentes como la energía solar y eólica, y permite almacenarla.
El equipo de investigación desarrolló un modelo para determinar la escala óptima y verificar la eficacia de un sistema de hidrógeno verde necesario para una red de energía renovable. El modelo se basa en datos meteorológicos y de demanda de electricidad de la isla de Jeju, donde la generación de energía solar y eólica representa el 20% del total de generación de energía. Esto permite que el modelo derive la escala óptima del sistema de hidrógeno verde de acuerdo con el objetivo de lograr una participación del 21,6% de la generación de energía renovable para 2030.
Solar, eólica y células de hidrógeno
Cuando se introducen datos meteorológicos como la velocidad del viento, la radiación solar y la temperatura en el modelo desarrollado, se calcula la producción de energía horaria y se compara con los datos reales de demanda de energía. Al hacer esto, verificamos la adecuación de la oferta y la demanda de energía, y en caso de exceso o déficit, aplicamos un sistema de hidrógeno verde y baterías para determinar el Costo Nivelado de la Electricidad del Sistema (sLCOE) y la Probabilidad de Pérdida de Suministro de Energía (LPSP). De esta manera, se puede determinar la viabilidad económica y la estabilidad de cada sistema de hidrógeno verde y batería como función de la escala, y se puede predecir la escala óptima.
El Costo Nivelado de Electricidad del Sistema se calcula dividiendo el costo total de capital y operación para la generación de energía por la cantidad total de electricidad suministrada. A diferencia del LCOE tradicional, que se basa en la cantidad total de electricidad producida y no tiene en cuenta los costos de pérdida de energía como las restricciones de salida, el sLCOE aborda estas deficiencias al considerar la electricidad suministrada.
Por otro lado, la Probabilidad de Pérdida de Suministro de Energía es un indicador de la estabilidad de la red de energía, calculado dividiendo la electricidad suministrada por la electricidad requerida. Un valor cercano a 0 indica que la oferta de energía satisface adecuadamente la demanda. Si el valor es mayor que 0, implica que la demanda no se está cumpliendo completamente, lo que puede provocar cortes de energía. Por lo tanto, se necesita un sistema de conversión y almacenamiento de energía para compensar esta brecha.
Los resultados de la simulación utilizando el modelo mostraron que cuando se usa energía solar sola, las baterías son la solución más efectiva para superar la variabilidad, mientras que cuando se usa energía eólica sola, el hidrógeno verde es el más efectivo. Sin embargo, cuando se combinan energía solar y eólica de manera igual, el hidrógeno verde demostró la mayor eficiencia económica y las menores pérdidas de suministro de energía. Este hallazgo se alinea con las políticas que promueven una implementación equilibrada tanto de energía solar como eólica, y puede servir como datos fundamentales para establecer estrategias de transición a energías renovables.
El Dr. Joungho Park, primer autor, declaró: «Este estudio es significativo ya que verifica la eficacia de utilizar hidrógeno verde para abordar la inestabilidad de la red de energía y los problemas de restricción de salida que surgen de la expansión de la energía renovable». Añadió, «Al diseñar configuraciones óptimas de sistemas de conversión y almacenamiento de energía adaptados a las características y situaciones de diferentes regiones, esta investigación proporciona conocimientos para que el gobierno y las empresas desarrollen estrategias relacionadas con el hidrógeno verde, facilitando así la toma de decisiones racionales».
Esta investigación, realizada en colaboración con el equipo del Profesor Jay H. Lee del Departamento de Ingeniería Química y Ciencia de Materiales de la Familia Mork de la Universidad del Sur de California (USC), se ha publicado en la revista internacional ‘Energy Conversion and Management’. El estudio fue apoyado por el programa de investigación básica del Instituto de Investigación Energética de Corea (KIER).
REFERENCIA
Imagen: abstract gráfico de la investigación sobre el papel del hidrógeno verde para la energía de gas-a-energía (P2G2P) Diagrama: El papel del hidrógeno verde para P2G2P, Crédito: INSTITUTO DE INVESTIGACIÓN ENERGÉTICA DE COREA
