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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/78774
Tipo: | Dissertação |
Título: | Avaliação da eficiência de uma planta industrial de produção de hidrogênio verde de média escala |
Autor(es): | Silva, Edenizio Oliveira da |
Orientador: | Leão, Ruth Pastora Saraiva |
Coorientador: | Sgro, Domenico |
Palavras-chave em português: | Fonte solar fotovoltaica;Hidrogênio Verde - H2V;Produção de hidrogênio;Eficiência energética;Eletrólise;Célula a combustível |
Palavras-chave em inglês: | Green Hydrogen - H2V;Energy efficiency;Fuel cell;Hydrogen production;Solar photovoltaic source;Electrolysis |
CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA |
Data do documento: | 2024 |
Citação: | SILVA, Edenizio Oliveria da. Avaliação da eficiência de uma planta industrial de produção de hidrogênio verde de média escala. 2024. 81 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024. |
Resumo: | O hidrogênio verde (H2V), produzido pelo processo de eletrólise a partir da água e de energia renovável, desempenhará papel proeminente na descarbonização do planeta a longo prazo. Para que os países consigam alcançar a neutralidade climática, sendo H2V visto como essencial para zerar as emissões líquidas de carbono até 2050, sendo uma solução promissora capaz de impulsionar a transição energética e reduzir a dependência de combustíveis fósseis. A produção de H2V tem o potencial de proporcionar flexibilidade ao sistema elétrico através da oferta de vários serviços diferenciados em escala de tempo, a exemplo de: regulação, balanço, reserva operacional e arbitragem de energia sazonal. Os serviços de flexibilidade permitem a integração mais suave de fontes de energia intermitentes, como solar fotovoltaica e eólica, podendo converter excedentes de eletricidade em H2 através da eletrólise, bem como produzir eletricidade por meio de uma célula de combustível ou turbina a gás. O potencial de uso do H2V abrange diferentes setores, incluindo transporte, indústria e residências, demonstrando assim sua importância para o surgimento de uma economia sustentável. O objetivo deste trabalho e avaliar o desempenho de uma planta industrial real de produção de H2V composta de usina solar fotovoltaica com capacidade instalada de cerca de 3 MWp e eletrolisador com capacidade de 1,2 MW. Compreender a eficiência global e de cada etapa de produção de H2V é fundamental para tomada de decisões mais asserƟvas sobre a implantação e integração de H2V na rede elétrica. Adicionalmente, o trabalho analisa a eficiência da produção de eletricidade a partir do H2V através do uso de célula combustível e turbina a gás. Com base em medições, os valores obtidos de eficiências dos estágios de produção de H2V foram: usina fotovoltaica 22,06%, retificadores 94,61% e eletrolisador PEM 73,67%. Além disso, foi computado o valor de perda pelo consumo integrado de utilidades demandadas no processo de produção de H2, denominado Balance of Plant (BoP), com valor, 10,65% e um consumo específico de 63,04 kWh/kg. A eficiência global obtida para o sistema de produção de H2V de 61,70%. A eficiência no processo de reconversão H2 em eletricidade, a partir da combustão do gás hidrogênio em uma turbina a gás, 29,86%, em célula de combustível, 37,32%. Em um contexto de desenvolvimento da economia do hidrogênio, o estudo e avaliação da eficiência de um sistema industrial de produção de H2V pretende contribuir para o desenvolvimento de soluções mais eficazes e sustentáveis para a produção de hidrogênio verde, e impulsionar assim a transição para um futuro energético mais limpo. |
Abstract: | Green hydrogen (H2V), produced by the process of electrolysis from water and renewable energy, will play a prominent role in long-term planet decarbonization. H2V is considered a promising solution capable of driving the energy transition and reducing dependence on fossil fuels. H2V is seen as essential for the world to achieve net-zero carbon emissions by 2050. The production of H2V has the potential to provide flexibility to the electrical system through the provision of various differentiated services over time, such as regulation, balancing, operational reserve, and seasonal energy arbitrage. Flexibility services allow for smoother integration of intermitente energy sources, such as solar photovoltaic and wind, by converting electricity surpluses into H2 through electrolysis and producing electricity through a fuel cell or combustion engine. The potential use of H2V spans different sectors, including transportation, industry, and power system, demonstrating its importance for the emergence of a sustainable economy. The objective of this work is to evaluate the performance of a real industrial H2V production plant composed of a solar photovoltaic power plant with an installed capacity of about 3 MWp and an electrolyzer with a capacity of 1.2 MW. Understanding the overall efficiency and each stage of H2V production is fundamental for making more assertive decisions regarding the implementation and integration of H2V into the electrical grid. Additionally, the work analyzes the efficiency of electricity production from H2V through the use of a fuel cell, and gas turbine. Based on measurements, the efficiency values obtained for the stages of H2V production were: photovoltaic plant 22.06%, rectifiers 94.61% and PEM electrolyzer 73.67%. Furthermore, the loss value due to the integrated consumption of utilities demanded in the H2 production process, known as Balance of Plant (BoP), was calculated at 10.65%, with a specific consumption of 63.04 kWh/kg. The overall efficiency obtained for the H2V production system was 61.70%. The efficiency in the process of reconverting H2 into electricity, from burning the hydrogen gas in a gas turbine, 29.86% and for the hydrogen cell, 37.32%. In the context of developing the hydrogen economy, the study and evaluation of the efficiency of an industrial H2V production system aim to contribute to the development of more effective and sustainable solutions for green hydrogen production, thus driving the transition to a cleaner energy future. |
URI: | http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/78774 |
Currículo Lattes do(s) Autor(es): | https://lattes.cnpq.br/9959405120856535 |
ORCID do Orientador: | https://orcid.org/0000-0001-6711-7607 |
Currículo Lattes do Orientador: | http://lattes.cnpq.br/8551048513174462 |
ORCID do Coorientador: | https://orcid.org/0000-0003-2992-9203 |
Currículo Lattes do Coorientador: | http://lattes.cnpq.br/0295585551680490 |
Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
Aparece nas coleções: | DEEL - Dissertações defendidas na UFC |
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