Corinth, del grupo Motor Oil, es una de las refinerías líderes en Europa y la refinería privada más grande de Grecia. Situada en la localidad de Aghioi Theodoroi, el hidrógeno se usa ampliamente en los procesos de refino para eliminar las impurezas que se encuentran en el petróleo crudo, por ejemplo el azufre.

Para mejorar los productos petrolíferos, la refinería produce actualmente hidrógeno basado principalmente en fuentes primarias químicas. Ahora, el reto es producir hidrógeno renovable e integrarlo en la planta. Pasar del hidrógeno gris al hidrógeno verde.

Es lo que se ha propuesto Ephyra, un proyecto innovador y pionero que demostrará a escala industrial, en una planta de 30 MW, la producción de hidrógeno a partir de energías renovables y haciendo uso de tecnología de electrolisis mejorada. La planta de electrolisis se integrará con la refinería de Motor Oil y suministrará hidrógeno renovable para los procesos de la refinería y otras industrias de la zona.

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En este proyecto financiado por la Comisión Europea a través del Programa Horizonte Europa participa Itainnova junto a otras entidades de Grecia, Alemania, Francia, Países Bajos, Italia y Reino Unido.

Si bien la producción de hidrógeno a escala industrial es un proceso que se utiliza desde hace mucho tiempo, "el reto actual es la producción de hidrógeno verde", destaca Claudio Rivetta, técnico del área de Ingeniería Eléctrica de Itainnova. Actualmente, la generación de hidrógeno verde en la refinería es de tan solo entre el 1 y el 3%. "La capacidad de generación de hidrógeno a través de electrolizadores o usando fuentes primarias de energía renovables debe ser incrementada para que este método de producción sea un porcentaje importante en la producción de hidrógeno en cualquier refinería", incide.

A corto plazo, "el hidrógeno verde producido por la unidad de electrólisis se utilizará en parte para sustituir el hidrógeno fósil que se emplea en la refinería (al menos 1.200 toneladas al año de hidrógeno gris producido por el reformador de metano de vapor de la refinería a partir de gas natural), mientras que otra parte se utilizará para desarrollar el mercado del hidrógeno en el sector del transporte pesado".

Lo que hace especialmente innovador este proyecto es "la magnitud del electrolizador y el hecho de que la producción de hidrógeno verde estará integrada en el proceso de la refinería, también que se utilizarán varias fuentes de energía renovable (eólica y fotovoltaica) y se reutilizarán otras energías para alimentar el electrolizador", destaca Rivetta.

La tendencia es "crear sistemas modulares de electrolizadores, de modo que operando en conjunto permitan incrementar la potencia total del sistema de electrolizadores y la producción de hidrógeno verde".

Además, la producción de hidrógeno renovable para uso industrial se desarrollará cumpliendo los principios de economía circular. Aparte de acoplar el electrolizador sistemas de producción renovable, contará con una tecnología innovadora de recuperación de calor residual, se optimizará el uso del agua y se aprovechará el oxígeno producido actualmente en la refinería.

Un gemelo digital

Itainnova se va a ocupar del desarrollo del sistema de gestión de la energía, construyendo los algoritmos de control para la optimización de la red eléctrica. Esta red estará compuesta por fuentes renovables (eólica y fotovoltaica), almacenamiento en baterías, recuperación de calor para su transformación en energía eléctrica (a través de ciclos orgánicos Rankine) y un electrolizador de 30 MW para la producción de hidrógeno.

Su primera tarea para el proyecto Ephyra será desarrollar un modelo digital "que se integrará en el modelo de la refinería existente", –señala Rivetta–. Itainnova desarrollará la parte del modelo digital asociada con las fuentes de energía renovables y el sistema de gestión y control de las mismas".

El gemelo digital de la red eléctrica industrial "servirá para desarrollar los algoritmos que permiten optimizar la producción y el almacenamiento de hidrógeno y energías renovables". Ese algoritmo de control se evaluará mediante simulaciones utilizando como modelo el gemelo digital del electrolizador y la red eléctrica industrial. Posteriormente, los algoritmos se validarán utilizando un emulador a escala en el laboratorio Zero Emisiones de Itainnova. Esto permitirá ajustar los algoritmos en un entorno real pero controlado. Finalmente, el sistema de gestión de la energía se desplegará en los módulos de control de la infraestructura de red del demostrador de 30 MW, en Grecia.

El proyecto

Un laboratorio Zero emisiones para probar las redes eléctricas del futuro

El laboratorio de Zero Emisiones de Itainnova está pensado para dar respuesta a los retos que plantean las redes eléctricas del futuro. Unas redes que, ya lo sabemos, serán bidireccionales, distribuidas y con un alto porcentaje de energías renovables. El laboratorio permite analizar la estabilidad de la red con dinámicas de milisegundos. Dentro de poco, las redes aisladas, o incluso que combinen el trabajo en isla y en conexión serán más frecuentes, y el laboratorio permitirá evaluar la transición entre los modos isla y en conexión a la red de transporte y distribución. 

Aunque a través de modelos matemáticos y plataformas de simulación es posible mejorar los métodos de gestión y operación de la red, hace falta conectar con el mundo real. "El laboratorio es un paso intermedio en la validación del diseño, pues permite incorporar sistemas reales, pero de una potencia menor", señala Claudio Rivetta, experto en redes híbridas de Itainnova.

La idea es "reproducir la red eléctrica del futuro y poder responder a todos los retos que afrontamos… ¡soñando!", exclama Rivetta. En realidad, detalla, "se trata de reproducir, a una escala de potencia manejable dentro de la instalación de Itainnova, los principales comportamientos, operaciones y limitaciones de la red eléctrica". El laboratorio de Zero Emisiones está basado en una microrred híbrida compuesta por un ramal en corriente alterna y otro en corriente continua. "Así estamos preparados para estudiar gestiones y operaciones tanto en sistemas de continua como de alterna", señala. La red incorpora distintas fuentes de energía renovables (solar y eólica), fuentes de almacenamiento (baterías, supercondensadores, sistemas basados en hidrógeno...), conectadas a la red de forma similar a como lo harían en la red eléctrica actual. 

"La microrred del laboratorio funcionando en modo isla (no conectada a la red) podría representar, a pequeña escala, la red eléctrica del futuro –indica–. Con este modelo reducido, estudiaremos problemas de estabilidad de la red eléctrica del futuro debido a la interacción entre fuentes de energía renovable y de almacenamiento, limitaciones en la comunicación entre estos recursos, etc. Esto nos va a permitir definir estrategias de control para la futura red eléctrica y las microrredes".

¿Cómo se hace? A través de un ordenador es posible calcular el consumo eléctrico y traducir ese resultado en un consumo eléctrico real a través de un dispositivo llamado carga electrónica. "Usando una carga electrónica cuya potencia sea acorde con la potencia de la microrred, es posible simular, a través de gemelos digitales, el comportamiento energético de edificios, ciudades, plantas industriales, etc., e introducir en la microrred el consumo equivalente de dichos sistemas". Así, se pueden crear en el laboratorio estructuras reales o a escala donde, a través de simulaciones, se combinan distintas fuentes de energía renovables reales y consumos generados. Es "la mejor manera de testear y validar algoritmos de gestión del sistema en un ambiente controlado, combinando la gestión de la red eléctrica, fuentes de almacenamiento y energía renovables y la operación de la planta virtual".

En el proyecto Ephyra, el laboratorio Zero Emisiones se utilizará para, de forma virtual, modelar a escala la operación de la planta de hidrógeno y refinería, así como la gestión de los recursos reales de energía renovable.

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