Modelação de centrais de produção de hidrogénio verde com recurso a programação python

• Autor(a) principal: Machado, Francisco Miguel Eira
• Data de Publicação: 2023
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10400.22/24102
• topic: Simulação numérica; Eletrolisador; PEM; Energia Renovável; LCOH

Os projetos de centrais de produção de hidrogénio verde apresentam grandes desafios nos mais variados setores, como a nível político, económico e, principalmente, de engenharia. O facto destas centrais terem que utilizar apenas fontes de energia renovável - que, conceptualmente, representam intermitência no fornecimento de energia elétrica - e do desenvolvimento tecnológico ter que acompanhar as capacidades inéditas a nível de produção de hidrogénio demonstra complexidades que têm que ser cuidadosamente analisadas em estudos de viabilidade. Assim, a integração de todos sistemas necessários à produção de H2 verde é um desafio a ser superado. O presente trabalho teve o objetivo principal de desenvolver um modelo numérico para estudar o projeto e operação de centrais de produção de hidrogénio verde, garantindo a possibilidade de, eficientemente, alterar a configuração de diversos inputs e criar cenários de análise. Estes servirão como elementos críticos para a tomada de decisão por parte dos promotores. Como exemplo da aplicação da ferramenta foi desenhada uma central de produção de hidrogénio verde com um sistema de eletrólise do tipo PEM cuja capacidade de eletrólise foi fixada em 100 MW, com recurso a energia de uma central fotovoltaica (300 MW), complementada ou não, com energia elétrica proveniente da rede. Para além disso, fazem parte da simulação o sistema de compressão, os sistemas de armazenamento de H2 com pressões e capacidades distintas, além de dois off-takers específicos, um deles associado à rede de distribuição de gás natural (P2G) e outro à mobilidade de veículos pesados (P2M). A ferramenta permitiu observar a produção de hidrogénio para um espaço temporal de 20 anos. Adicionalmente, procedeu-se à determinação do potencial calor residual produzido pelo sistema de eletrólise, com o intuito de aumentar a eficiência energética, valorizando ao máximo os subprodutos gerados. Quanto à operação, foi possível determinar quando deveria ocorrer a troca de membranas condutoras de protões, o nível de enchimento dos sistemas de armazenamento de hidrogénio ao longo do tempo e, a partir de indicadores económicos relativos aos investimentos iniciais e à operação da central (CAPEX e OPEX), foi estimado o custo de produção normalizado do hidrogénio produzido - LCOH2 - para as simulações realizadas. Para o caso estudado validou-se o impacto significativo do preço da energia elétrica no custo final do hidrogénio produzido. De modo geral, é possível concluir que a ferramenta desenvolvida e testada poderá contribuir de maneira ativa para análises de viabilidade, de forma expedita, apresentando a grande vantagem de garantir flexibilidade para alterar as configurações que se desejem estudar. Por fim, refere-se ainda que o modelo base gerado poderá ser expandido e integrado com outros módulos, garantindo-se assim uma análise cada vez mais completa e que se aproxime da realidade.