Mejoras en el análisis, gestión y control de un sistema aislado híbrido de generación de potencia eólico-solar con apoyo de hidrógeno

Abstract

La Tesis Doctoral consiste en estudiar y realizar mejoras en el análisis, gestión y control, mediante una implementación real, de un sistema híbrido eólico-solar con producción y almacenamiento de hidrógeno. El propósito del sistema es satisfacer de forma ininterrumpida la demanda de una carga a partir de fuentes renovables en un ciclo medioambientalmente limpio.

El objetivo principal de la Tesis Doctoral es mejorar la operación y rendimiento del sistema híbrido a través del establecimiento del punto de operación del generador de hidrógeno. Se realiza un análisis del rendimiento exergético de la instalación y se plantean a partir de éste aspectos sobre los que actuar para mejorar la operación del sistema. El núcleo de tales mejoras es la gestión de la producción de hidrógeno, esto es, la determinación del punto de trabajo del electrolizador.

Se ajusta y valida un método para la estimación precisa y fiable del estado de carga de la batería para ser empleado como parámetro de control. Utilizando este valor junto con otras variables climatológicas y tecnológicas, se diseñan y aplican diferentes estrategias para adaptar la operación del electrolizador en función de la energía disponible. Una de las estrategias consiste en un controlador basado en lógica borrosa integrado en el sistema de automatización y supervisión.

Así mismo, se configura y valida dicho sistema de automatización como una plataforma experimental que integra aspectos software y hardware para implementar en tiempo real diferentes técnicas para gobernar el electrolizador y realizar la gestión energética del banco de ensayo.

The proposed PhD Thesis consists of studying and performing improvements in the analysis, management and control, by means of a real implementation, of a stand-alone hybrid system of power generation. This system is a test-bed or prototype of windphotovoltaic hybrid system with hydrogen support, which is grid-off, this is, autonomous.

The main objective of the PhD Thesis is to improve the operation and performance of such hybrid system based on the establishment of the working point of the hydrogen generator. An exergetic analysis is performed to determine the exergetic efficiency of the installation. This analysis serves to propose several topics to act over in order to improve the system operation. The core of these improvements is the management of the hydrogen production, this is, the establishment of the working point of the hydrogen generator.

A method based on coulomb counting to estimate the state-of-charge of a gelled lead-acid battery is adjusted and validated. Using this value as control parameter joint with other technical and climatic conditions, different strategies are developed and applied with aiming to adapt the electrolyzer operation to the available energy. One of the strategies consists of a controller based on fuzzy logic, which is integrated in the automation and supervisory system.

Furthermore, the automation system is configured and validated as an experimental platform which integrates software and hardware aspects. It serves to implement in real time different algorithms to drive the electrolyzer and to perform the energetic management of the hybrid system.