Sistema de generación eléctrica del centro poblado San Juan Pampa - Cutervo, utilizando pilas de combustible

Abstract

El cambio de paradigma energético en la generación eléctrica en el Perú, tanto en el sentido de generar ya no de manera concentrada o centralizada y luego transmitir y distribuir largas distancias, con los consiguientes impactos ambientales y pérdidas de energía, nos lleva a considerar la generación de manera distribuida, basada principalmente en fuentes de energía renovable, como la energía solar, la energía eólica, y fuentes menos convencionales, tales como la solar térmica, la mareomotriz, la undimotriz, la geotérmica, la piezométrica. También se destaca el uso de acumuladores y baterías, tal es el caso de los vehículos terrestres, navales y aéreos. Este cambio se está experimentando a nivel mundial, latinoamericano y en Perú, lo que nos obliga a pensar y estructurar un cambio de matriz energética de la locomoción. El Sistema de Generación Eléctrica del CP San Juan Pampa – Cutervo, utilizando Pilas de Combustible es un proyecto que busca proporcionar una fuente de energía sostenible y eficiente para el Centro Poblado San Juan Pampa, ubicado en la región de Cutervo-Perú. Este proyecto se enfoca en integrar tecnologías avanzadas de generación de electricidad a través de energías renovables, con la utilización de pilas de combustible para convertir el hidrógeno verde en energía eléctrica, aprovechando los recursos que nos ofrece el lugar en este caso la energía eólica, teniendo por objetivo. Determinar la viabilidad de un Sistema de Generación Eléctrica para el Centro Poblado de San Juan Pampa, utilizando el sistema eólico y pilas de combustible. Este cambio debe fundamentarse en una combinación del análisis técnico, energético, económico y financiero a mediano y largo plazo, basado en el concepto de costo nivelado de autos, que congregue todos los costos que se producen durante la vida útil económica de un determinado vehículo. Es decir, el costo de depreciación o costo de oportunidad del capital (CAPEX) invertido en la adquisición de un vehículo, el costo de todo tipo de seguros ligados a la tenencia del vehículo, costos de impuestos ligados a la riqueza asociada a la propiedad de un vehículo, y que varían de acuerdo con los criterios confiscatorios que se aplican en algunos países del mundo. También deben incluir costos de mantenimiento y reparación, costos de combustibles o energéticos en general,

10 costos de operador o conductor, con su ayudante si es el caso, costos de falta de confiabilidad (por la presencia o frecuencia de fallas y el tiempo de duración de ellas) y costos ambientales, básicamente por la emisión de carbono a la atmósfera y los consiguientes costos por los fenómenos atmosféricos subsiguientes, pero también en el hidrógeno, ya sea producido por pirolisis, reformado o cualquier otro modernizado procedimiento químico industrial, y su aplicación en pilas de combustible.

Todos estos costos divididos por el número total de kilómetros recorridos por los vehículos nos determinan el costo nivelado de un vehículo, ya sea este un vehículo de combustión interna con inyección de combustible, un vehículo híbrido,

o un vehículo eléctrico enchufable. Se analiza la perspectiva tecnológica- económica de los motores de combustión interna, tales como el aumento de la

eficiencia energética y, por ende, la reducción de costos energéticos y la reducción de costos de contaminación.

Luego se procedió al análisis prospectivo de costos de los vehículos híbridos (tanto los de línea de montaje, con disposición serie o disposición paralela, o autos convertidos a híbridos con el agregado de un motor eléctrico). También se analizó los autos eléctricos enchufables, sus alternativas de tipo de motor eléctrico utilizable, con la tecnología óptima de punto de recarga (recarga rápida en electrolineras, recarga lenta en los domicilios u oficinas), se vio y analizó las tendencias de las baterías y los diversos minerales que se utilizan y, por último, se analizó el costo de los vehículos a hidrógeno con la tecnología de la hidrólisis (en el caso de hidrógeno verde) y pilas de combustible o celdas de poder para poder utilizar cualquier otro tipo de hidrógeno, amarillo, marrón, azul, gris, etc.

Con lo cual realizaremos un análisis técnico-económico de viabilidad y determinaremos la solución óptima, que servirá para ir determinando el derrotero de la matriz energética y sostenible global del Perú y del mundo, el sistema estará compuesto por los siguientes elementos principales

11 Aerogeneradores eólicos, que se encargarán de captar la energía del viento. El número y la capacidad de estos aerogeneradores serán determinados en función de la demanda energética del centro poblado de San Juan Pampa. Para la producción de hidrógeno verde, se utilizarán electrolizadores (hidrolizadores), los cuales funcionarán con la energía proveniente de los aerogeneradores. Este proceso permitirá obtener hidrógeno de alta pureza mediante un método limpio y eficiente. El hidrógeno generado será almacenado y posteriormente utilizado como combustible en pilas de combustible, una tecnología de alta eficiencia energética y con un impacto ambiental mínimo.

The energy paradigm shift in electricity generation—moving away from centralized generation that is transmitted and distributed over long distances, which causes environmental impacts and energy losses—leads us to consider distributed generation. This model is based primarily on renewable energy sources such as solar and wind power, as well as less conventional sources like solar thermal, tidal, wave, geothermal, and piezoelectric energy. The use of energy storage systems and batteries is also becoming increasingly important, as seen in land, naval, and aerial vehicles. This transformation is taking place globally, across Latin America, and in Peru, compelling us to rethink and restructure the energy matrix for transportation. The Electric Power Generation System of San Juan Pampa – Cutervo, using Fuel Cells, is a project aimed at providing a sustainable and efficient energy source for the town of San Juan Pampa, located in the Cutervo region of Peru. This project focuses on integrating advanced electricity generation technologies through renewable energy sources, using fuel cells to convert green hydrogen into electrical energy. It seeks to take advantage of local resources—specifically wind energy—with the main objective of determining the feasibility of an electric power generation system for the town of San Juan Pampa, using wind power and fuel cells. This transition must be grounded in a combination of technical, energy, economic, and financial analysis over the medium and long term, based on the concept of the levelized cost of vehicles, which encompasses all costs incurred throughout the economic life of a given vehicle. This includes the depreciation cost or opportunity cost of capital (CAPEX) invested in acquiring the vehicle, the cost of all types of insurance related to vehicle ownership, tax costs associated with the wealth tied to vehicle ownership—which vary depending on the confiscatory criteria applied in some countries. It should also account for maintenance and repair costs, fuel or general energy costs, operator or driver costs (including an assistant, if applicable), costs arising from unreliability (due to the frequency and duration of breakdowns), and environmental costs—mainly from carbon emissions into the atmosphere and the resulting costs of subsequent atmospheric phenomena. Additionally, it must consider hydrogen, whether produced through pyrolysis,

13 reforming, or any other modernized industrial chemical process, and its application in fuel cells. All these costs, when divided by the total number of kilometers traveled by the vehicles, determine the levelized cost of a vehicle—whether it is an internal combustion engine vehicle with fuel injection, a hybrid vehicle, or a plug-in electric vehicle. The techno-economic perspective of internal combustion engines is analyzed, including improvements in energy efficiency, which in turn lead to reduced energy costs and lower pollution-related costs. Next, a prospective cost analysis was conducted for hybrid vehicles (both assembly-line vehicles with series or parallel configurations and cars converted

into hybrids with the addition of an electric motor). The analysis also covered plug- in electric vehicles, exploring the alternatives for the type of electric motor used,

with the optimal technology for charging points (fast charging at charging stations, slow charging at homes or offices). Trends in batteries and the various minerals used were examined, and finally, the cost of hydrogen vehicles was analyzed, focusing on the technology of electrolysis (in the case of green hydrogen) and fuel cells or power cells to use any other type of hydrogen—yellow, brown, blue, gray, etc. We will conduct a techno-economic feasibility analysis and determine the optimal solution, which will help outline the path for the global energy and sustainable matrix of Peru and the world. The system will consist of the following main components: Wind turbines, which will capture wind energy. The number and capacity of these wind turbines will be determined based on the energy demand of the town of San Juan Pampa. For the production of green hydrogen, electrolyzers (electrolyzers) will be used, which will operate with energy from the wind turbines. This process will allow the production of high-purity hydrogen through a clean and efficient method. The generated hydrogen will be stored and later used as fuel in fuel cells, a technology with high energy efficiency and minimal environmental impact.