Dimensionamiento de un sistema potencia aislado para la generación en masa de hidrógeno verde

Abstract

En este trabajo se desarrolla un modelo de celda electrolizadora de membrana de intercambio protónico (PEM) acoplada a un sistema de generación eólica aislado, incorporando la respuesta dinámica asociada a la evolución térmica de la celda. El sistema modelado incluye una turbina eólica de velocidad variable, un generador síncrono de imanes permanentes (PMSM), un rectificador trifásico controlado y un filtro DC dependiente de carga. Todos estos elementos se integran y simulan en MATLAB/Simulink. El modelo electroquímico y térmico de la celda PEM considera las principales pérdidas de activación, óhmicas y de concentración, junto con una descripción del comportamiento térmico basada en el balance entre el calor generado y el calor disipado. Además, se incorpora la regulación del ángulo de pitch en la turbina eólica y el control PI del ángulo de disparo del rectificador para gestionar el flujo de potencia hacia la celda. El sistema es evaluado bajo diversas condiciones operativas (incluyendo variaciones del recurso eólico, cambios en la potencia disponible y modificaciones en la capacidad activa de los stacks PEM), lo que permite analizar la estabilidad del enlace DC, la evolución de la tensión de celda, la producción instantánea y acumulada de hidrógeno, la eficiencia eléctrica del proceso y la influencia del comportamiento térmico sobre la operación del electrolizador. El modelo presentado sirve como herramienta de estudio para comprender la interacción entre generación eólica aislada y celdas PEM, permitiendo identificar rangos seguros de operación, analizar la sensibilidad del sistema frente a fluctuaciones y apoyar futuras tareas de dimensionamiento en proyectos de hidrógeno verde.