Equilibrio Perfecto de Energías y Leyes Físicas

Estado: borrador de investigación · Rama: DocTecnicos Relacionado con: 009_ENERGIA, 01_Hidrogeno_Verde, 02_Potabilizacion_Agua

1. Justificación e hipótesis

Los cuadernos anteriores producen y consumen energía (H2, OI, flotación). Para que el sistema sea sostenible hay que buscar el equilibrio de energías: ninguna etapa malgasta más de lo que aporta, y los excedentes se desvían a vectores útiles en lugar de vertirse.

Hipótesis: un nodo costero integrado (eólica + solar + almacenamiento H2 + potabilización + acuicultura) puede alcanzar balance casi nulo de vertido y autosuficiencia, respetando los tres principios de la termodinámica.

2. Leyes físicas aplicadas

1.º Principio (conservación de la energía)

Entrada = Salida + Almacenamiento + Pérdidas
Σ E_renovable = E_H2 + E_agua + E_uso + E_perdida

Todo lo que no se usa como H2, agua o electricidad útil es pérdida (calor, curtailment).

2.º Principio (entropía)

Ningún proceso es 100 % eficiente; cada conversión (eléctrica→H2→eléctrica) pierde entropía. Por eso la cascada importa: usar el calor residual de un proceso como entrada del siguiente (electrolizador SOEC caliente, OI con calor de rechazo).

3.º Principio (cero absoluto)

El límite de eficiencia está fijado por la temperatura de los cuerpos fríos; cuanto más frío el sumidero, más trabajo útil se extrae.

Potencia, energía y factor de capacidad

E = P · t · CF         (CF = capacity factor)

El reto de Galicia: eólica con CF alto (≥ 35–40 %) pero variable; el H2 es el amortiguador que casa oferta (ráfagas) y demanda (estable).

3. Esquema de equilibrio (nodo costero)

        Eólica/Solar ──┬──> Demanda eléctrica directa
                        ├──> Electrolizador ──> H2 (almacén)
                        ├──> Bomba OI ──> Agua potable + cloro
                        └──> Calor residual ──> SOEC / acuicultura

El excedente (curtailment) tiende a 0 porque cualquier energía sobrante se convierte en H2 o agua. Ver 01_Hidrogeno_Verde y 02_Potabilizacion_Agua.

4. Estudios necesarios

1. Modelo de despacho horario 8760 h con datos reales de eólica gallega.
2. Curva de rendimiento del electrolizador vs. carga parcial (eficiencia cae en baja carga → diseño por bloques on/off).
3. Optimización del tamaño de almacenamiento H2 para cubrir temporal.
4. ACV energético de todo el nodo (energía invertida vs. entregada).

5. Indicadores (KPI)

• Curtailment residual (%; objetivo < 2 %).
• Eficiencia global nodo (salida útil / energía entrante).
• Autosuficiencia (% de demanda cubierta por el nodo).
• Energía almacenada en H2 respecto a generada.

6. Referencias sugeridas

• Atkins/OST, Energy systems catapult.
• IEA, World Energy Outlook y Hydrogen.
• CIRCE, estudios de integración renovable en red.