proyecto de tesis: implementacion de celdas de hidrogeno y paneles solares

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO Facultad de Ingeniería Eléctrica, Electrónica, Mecánica y de Sistemas

PROPUESTA DEL PROYECTO DE TESIS ESTUDIO DE LA IMPLEMENTACION DE CELDAS DE COMBUSTIBLE Y GENERACION DISTRIBUIDA JUNTO A ENERGIA SOLAR EN LA REGION CUSCO NOMBRE SOFIA KATHERINE ROJAS TAIPE Código: 140358

CUSCO-PERU 2016 0

INDICE

INDICE...................................................................................................................................1 I. PARTE ACADEMICA........................................................................................................2 1.1. Introducción..................................................................................................................2 1.2. Planteamiento del problema.........................................................................................3 1.2.1 Objetivos generales.................................................................................................3 1.2.2. Objetivos específicos.............................................................................................4 1.3. Justificación..................................................................................................................4 II. MARCO TEORICO...........................................................................................................5 2.1. Antecedentes.................................................................................................................5 2.2. Marco Teórico..............................................................................................................6 III. METODOLOGIA.............................................................................................................6 3.1. Nivel y Tipo de Investigación......................................................................................6 3.2. Diseño de Investigación...............................................................................................6 3.3. Técnicas e Instrumentos...............................................................................................7 IV. CRONOGRAMA..............................................................................................................8 V. BIBLIOGRAFIA E LINKOGRAFIA................................................................................9 VI. ANEXOS........................................................................................................................10

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I. PARTE ACADEMICA 1.1. Introducción En la edición de junio- julio de la revista de divulgación científica del MIT se publico un interesante articulo sobre la realidad energética en nuestros días, en este articulo se explicaba que el actual presidente de India habían comenzado con un prouecto para la instalación de paneles solares en pueblos lejanos, para llevar energía a los antes mencionados. Al igual que en India muchas de nuestras comunidades aun no poseen un acceso a la energía eléctrica lo cual se ve reflejado en su desarrollo .Y analizando un poco más a fondo el tema me percate que nuestro país esta bendecido con una increíble entrada de kw/h m*2 (fig 1); esto sumado a la tendencia del mercado actual en la baja del precio de la generación de energía solar (fig2) hace al país un lugar perfecto para la aplicación de esta tecnología. Sin embargo al pensar en energía solar todos vemos dos grandes problemas, su almacenamiento y su inconsistencia, al seguir profundizando en el tema me topé con una posible solución la cual era la implementación de celdas fotovoltaicas a base de hidrogeno e otros sistemas de apoyo [1] cuyo costo y funcionamiento a la larga suelen ser la mejor opción. Con este proyecto pretendo ofrecer una opción viable para hacer llegar energía a las comunidades lejanas de nuestra ciudad y también el adentrarme más en el tema 1.2. Planteamiento del problema La distribución y correcto funcionamiento de la energía es el pilar del desarrollo económico y cultural de un pais, poniendo sobre la mesa la situación actual del mercado energético con el agotamiento de los combustibles fosiles y las nuevas normativas y tendencias al uso de energías renovables podemos observar la importancia de iniciar proyectos relacionados con el uso de energía renovable

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Como estudiante en formación de la carrera de ingeniería eléctrica hallo imperante el hecho de una investigación profunda teórica y practica de dicho tema, pues es sobre el que se cimenta el futuro de la generación energética. Especialmente en el andamiento de nuevas tecnologías [1] y nuevos sistemas de distribución.[2] Esto me lleva al planteamiento de la pregunta central de mi investigación: ¿Cómo y de que manera podemos mejorar el servicio y aprovechamiento de las energías renovables en nuestra región? 1.2.1 Objetivos generales 

Estudiar y indagar la aplicación, el funcionamiento y el desarrollo de la energía solar y su posible aplicación en el ámbito de la región

1.2.2. Objetivos específicos    

Describir el funcionamiento de esta tecnología Ampliar nuestro conocimiento respecto al tema Experimentar con el uso de esta tecnología Indagar sobre las diferentes ideas que se están conjugando con la utilización de esta energía

1.3. Justificación Sabemos que los principales problemas que tenemos al hablar de esta energía es la inconsistencia y su almacenamiento Primero al hablar de sus inconsistencia debemos considerar que cuando se encuentra nublado no es posible su obtención, por lo cual el sistema local requiere una fuente energía constante la cual vendría a ser la red nacional , pero muchas esta red no alcanza a los pueblos mas lejanos , por lo que no se puede confiar en ella , sin embargo si se implementa un sistema independiente o un poco mas dependiente , como es el caso de la generación distribuida este problema se soluciona. 3

Sin embargo para la aplicación de este sistema es necesario el mejoramiento de la tecnología de almacenamiento , puesto que las actuales baterías de plomo tienen una capacidad de 0.04kw/kg y un tiempo de vida de 5 años , sin embargo si remplazamos la susodichas con un sistema de integración de los sistemas Fotovoltaicos, de electrólisis, almacenamiento, y generación de energía eléctrica por medio de celdas de combustible [4] (fig3) conseguiríamos una capacidad de 33kw/kg y un tiempo de vida de mas de 20 años.

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II. MARCO TEORICO 2.1. Antecedentes En octubre de 2012, en el Perú se inauguró la primera central eléctrica de energía solar en Sudamérica, ubicada en la región Arequipa y ha sido construida por las empresas españolas Solar Pack y Gestamp Solar. Mientras que, en marzo de este año, el presidente Ollanta Humala, en las regiones de Tacna y Moquegua inauguró dos centrales eléctricas de energía solar hechas por empresas españolas. La Central Fotovoltaica de Tacna, con una inversión de 250 millones de soles y su producción anual de energía se estima en 47,196 megavatios. La Planta de Moquegua, con similar inversión se calcula en 50,676 megavatios su producción anual. En la región Puno, ya se tienen experiencias sobre el aprovechamiento de la energía solar en uso doméstico y el desarrollo de tecnologías de riego. Existe un plan piloto en el distrito de Paucarcolla, el mismo que está siendo promovido por la autoridad local. Recientemente, los funcionarios del Ministerio de Agricultura visitaron la zona, a fin de evaluar los resultados del uso del sol como fuente de energía para la actividad agropecuaria y ésta a su vez pueda ser replicada en otras regiones del país.[3] 2.2. Marco Teórico    

Energía solar Generación distribuida celdas de combustible de hidrogeno resultados normativas respecto a la generación eléctrica

III. METODOLOGIA 5

3.1. Nivel y Tipo de Investigación Nivel: Exploratoria y Correlacional. Tipo: Investigación cuantitativa 3.2. Diseño de Investigación Se propone el desarrollo y estudio de un sistema de 1kW de Paneles Solares, para producir energía eléctrica, un sistema electrolizador de agua, un sistema de almacenamiento de hidrogeno, un sistema de celdas de combustible de 7kW, un sistema de conversión de de energía eléctrica CD/CA. Desarrollar un sistema de adquisición de datos para la medición de las variables características del sistema en su conjunto, y establecer una metodología de diseño, para la optimización del acoplamiento energético de sistemas integrales de fuentes renovables de energía. (Fig 4) 3.3. Técnicas e Instrumentos Para la realización de proyecto, es necesario un conocimiento sólido en ingeniería eléctrica para la parte de potencia del arreglo FV y salida eléctrica de las celdas, también de ingeniería electrónica para la parte de instrumentación. También se necesita con la siguiente infraestructura y equipo: 􀂃 Laboratorio de Hidrogeno 􀂃 Servidor Pentium IV Xeon con dos procesadores duales de 3.6 GHz y 2 Gb en RAM. 􀂃 TRNSYS, software para la simulación de sistemas híbridos. 􀂃 8 Paneles Solares de 125W. 􀂃 1 Electrolizador de agua desionizada de 1kW. 􀂃 1 Stack de celdas tipo PEM de 2KW. 6

􀂃 1 Stack de celdas tipo PEM de 5kW. El proyecto se divide en 6 etapas. 1ra Etapa: Se realizará un estudio bibliográfico sobre la temática de los sistemas integrales de fuentes renovables de energía, sistemas de obtención de hidrógeno a partir de energía solar y sistema de celdas combustible. Enfatizando en las variantes aplicadas para la eficiencia de conversión. 2da Etapa: Se diseñarán, definirán y obtendrán los tipos de componentes a utilizar en el sistema integral, en función de sus características técnicas, costos y disponibilidad en el mercado. 3ra Etapa: Se instalará un sistema de 1kW con paneles fotovoltaico, un electrolizador de 1kW, un sistema de almacenamiento de hidrogeno, sistema de celdas de combustible, un sistema de inversores y un sistema de adquisición de datos para la medición de variables tanto ambiental como específicas que caracterizan cada una de las partes y componentes del sistema integral. 4ta Etapa: Puesta en marcha, recopilación y procesamiento de la información obtenida. Evaluación de cada componente por separado y posteriormente como sistema, para el desarrollo de modelos que permitan describir la potencia de entrada y salida de cada uno de los componentes del sistema y en consecuencia su eficiencia de conversión. 5ta Etapa: Propuesta de metodología para el diseño de sistemas integrales de producción de hidrógeno a partir de energía solar y su acoplamiento a celdas de combustible para la producción de energía eléctrica alterna, a partir de las experiencias obtenidas. 6ta Etapa: Escritura, revisión y presentación de la tesis . IV. CRONOGRAMA

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V. BIBLIOGRAFIA E LINKOGRAFIA [1] M.C. SET VEJAR RUIZ tesis : ”Desarrollo de un sistema fotovoltaico-hidrogeno-celda de combustible de 1 kw de potencia para la generación, almacenamiento y uso eficiente de energía “2006 [2] Edgar Fernando Durán Contreras tesis: “la generación distribuida y sus retos frente al nuevo marco legal del mercado eléctrico ecuatoriano”2013 [3] http://www.losandes.com.pe/Nacional/20130508/71175.html [4] https://core.ac.uk/download/files/605/19794229.pdf

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VI. ANEXOS Fig1

Fig2

Fig3 9

Figura 4

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