Avaliação técnica e econômica de arranjos de plantas solar fotovoltaica, eólica e híbrida para produção de hidrogênio verde via água dessalinizada do mar, armazenamento de hidrogênio e geração de potência elétrica

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dc.contributor.advisorMartins Neto, José Henrique
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/5626892353219386
dc.contributor.authorÁvila, Larissa Fernanda Nunes Ildefonso
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/2170390300531277
dc.contributor.refereeMartins Neto, José Henrique
dc.contributor.refereeLima, Frederico Romagnoli
dc.contributor.refereeOliveira, Luis Guilherme Monteiro
dc.date.accessioned2025-07-07T19:58:53Z
dc.date.available2025-07-07T19:58:53Z
dc.date.issued2024-06-04
dc.description.abstractDevido ao aumento do consumo de energia e aos impactos do aquecimento global, torna-se necessário o investimento em sistemas de energia renováveis. Contudo, algumas fontes apresentam a desvantagem de serem intermitentes e não despacháveis. Por isso, a inserção de sistemas de armazenamento em usinas com fontes renováveis, permite uma geração contínua, o que implica maior confiabilidade e estabilidade para o setor elétrico. Uma opção é o hidrogênio verde, pois além da aplicação em armazenamento, apresenta a possibilidade de distribuição e exportação, visando seu aproveitamento em diversos setores. Assim, eletrólise da água integrada com sistemas de energia renovável promove a produção em larga escala de hidrogênio verde. Por outro lado, há pouco consenso sobre a questão, com alguns cientistas preocupados com o consumo significativo de água e a insuficiência de água doce, bem como os altos custos de produção do hidrogênio. Portanto, apesar do hidrogênio verde se apresentar como uma opção promissora, dúvidas ainda são levantadas, principalmente em relação ao consumo de água potável para realização da eletrólise e o impacto desse consumo na escassez hídrica. Deste modo, produzir hidrogênio via água do mar pode contribuir para a preservação da água potável, especialmente em áreas nas quais a disponibilidade de água doce é limitada. No presente trabalho são analisados sistemas, utilizando fontes de energias renováveis fotovoltaica e eólica para a produção de hidrogênio via água doce e água do mar, e para geração de potência elétrica em diferentes proporções. Adicionalmente, são avaliados cenários com armazenamento de hidrogênio. O principal objetivo do presente trabalho foi avaliar a viabilidade técnica das configurações, bem como determinar o LCOH e o LCOE. A metodologia consistiu na elaboração de modelos, implementados no software EES (Engineering Equation Solver), para as plantas solar fotovoltaica, eólica, eletrólise tipo PEM, dessalinização por osmose reversa e armazenamento. Os resultados mostraram que os sistemas utilizando energia eólica apresentaram a maior produção de hidrogênio, bem como maior CAPEX, enquanto a configuração utilizando energia solar fotovoltaica apresentou o menor investimento inicial. Verificou-se que tanto para as configurações com produção de hidrogênio proveniente de água doce e de água dessalinizada, o menor LCOH (5,66 US$/kgH2) foi para as configurações constituídas pelas plantas eólicas com armazenamento de hidrogênio, enquanto, o menor LCOE (0,047 US$/kWh) foi para as configurações constituídas pelas plantas eólicas sem armazenamento de hidrogênio. Por fim, o custo da planta de dessalinização mostrou-se insignificante quando comparado ao valor do investimento total dos sistemas analisados.
dc.description.abstractotherDue to the increase in energy consumption and the impacts of global warming, investment in renewable energy systems is becoming necessary. However, some sources have the disadvantage of being intermittent and non-dispatchable. For this reason, the insertion of storage systems in plants with renewable sources allows for continuous generation, which implies greater reliability and stability for the electricity sector. One option is green hydrogen, because as well as being used for storage, it can also be distributed and exported for use in various sectors. Thus, water electrolysis integrated with renewable energy systems promotes the large-scale production of green hydrogen. On the other hand, there is little consensus on the issue, with some scientists concerned about the significant consumption of water and the shortage of fresh water, as well as the high costs of producing hydrogen. Therefore, although green hydrogen is a promising option, doubts are still being raised, especially in relation to the consumption of drinking water for electrolysis and the impact of this consumption on water scarcity. In this way, producing hydrogen using seawater can contribute to the preservation of drinking water, especially in areas where the availability of fresh water is limited. This paper analyzes systems using photovoltaic and wind renewable energy sources to produce hydrogen via fresh water and seawater, and to generate electrical power in different proportions. In addition, scenarios with hydrogen storage are evaluated. The main objective of this work was to assess the technical feasibility of the configurations, as well as to determine the LCOH and LCOE. The methodology consisted of developing models, implemented in EES (Engineering Equation Solver) software, for solar photovoltaic, wind, PEM electrolysis, reverse osmosis desalination and storage plants. The results showed that the systems using wind energy had the highest hydrogen production, as well as the highest CAPEX, while the configuration using solar photovoltaics had the lowest initial investment. The lowest LCOH (5.66 US$/kgH2) was for the configurations made up of wind plants with hydrogen storage, while the lowest LCOE (0.047US$/kWh) was for the configurations made up of wind plants without hydrogen storage. Finally, the cost of the desalination plant proved to be insignificant when compared to the total investment value of the systems analyzed.
dc.identifier.urihttps://repositorio.cefetmg.br//handle/123456789/1676
dc.language.isopt
dc.publisherCentro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais
dc.publisher.countryBrasil
dc.publisher.initialsCEFET-MG
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
dc.subjectHidrogênio como combustível
dc.subjectDessalinização da água
dc.subjectOsmose reversa
dc.subjectEletrólise
dc.subjectEnergia limpa
dc.titleAvaliação técnica e econômica de arranjos de plantas solar fotovoltaica, eólica e híbrida para produção de hidrogênio verde via água dessalinizada do mar, armazenamento de hidrogênio e geração de potência elétrica
dc.typeDissertação

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