Análisis de producción de H2

Nuevos lanzamientos

  • H2A Modelo central de producción de hidrógeno, versión 3.1

  • H2A Modelo de producción de hidrógeno distribuido, versión 3.1

Los modelos de producción de Análisis de Hidrógeno (H2A) proporcionan informes transparentes de supuestos de diseño de procesos y una metodología de análisis de costos consistente para la producción de hidrógeno en instalaciones centrales y distribuidas (estación de servicio / estación de servicio). La entrada requerida a los modelos incluye costos de capital y operativos para el proceso de producción de hidrógeno, tipo de combustible y uso, y parámetros financieros tales como el tipo de financiamiento, la vida útil de la planta y la tasa interna de retorno deseada. Los modelos incluyen valores predeterminados, desarrollados por el equipo H2A, para muchos de los parámetros de entrada, pero los usuarios también pueden ingresar sus propios valores. Los modelos usan una metodología de análisis de tasa de retorno de flujo de efectivo estándar para determinar el costo de venta de hidrógeno para la tasa interna de rendimiento deseada.

La versión 3.1 de los modelos fue lanzada en 2015 e incluye las siguientes actualizaciones y correcciones:​

  • Casos añadidos de 2013 de referencia y alto precio; se agregó el caso de referencia 2014 para los precios de las materias primas y los servicios públicos; y pronósticos actualizados más allá de 2040

  • Índices de precios actualizados para el deflactor del PIB, el costo de la planta, el costo laboral y el precio de los productos químicos hasta 2013

  • Cálculo de depreciación corregido

  • Cálculo de depreciación corregido

  • Implementé el cálculo automático del flujo de efectivo reemplazando los botones

  • Implementado nuevos gráficos de tornado y diagramas de cascada añadidos

  • Se actualizó el análisis de flujo de efectivo de CSD para ser consistente con el análisis de flujo de efectivo de producción para casos distribuidos

  • Se agregaron precios equivalentes de materia prima y utilidad.

 

La versión 2.1 de los modelos H2A central y distribuida se lanzó en septiembre de 2008. La versión 3.0 de los modelos se lanzó en 2012 e incluye las siguientes mejoras en comparación con la versión anterior:

  • Usabilidad y funcionalidad mejoradas, incluida una escala de planta más intuitiva y accesible

  • Año de referencia predeterminado actualizado (2007) para cálculos de costos, que los usuarios pueden cambiar fácilmente

  • Proyecciones de precios de energía actualizados

  • Supuestos y cálculos técnicos y financieros mejorados.

 

Los dos modelos de producción de H2A (central y distribuido) y las copias de todos los casos de estudio de tecnología están disponibles de forma gratuita a través de este sitio. Registro es obligatorio Elija de los siguientes enlaces para descargar las nuevas versiones, estudios de casos de tecnología y documentación.

H2 Entrega Análisis

La entrega de hidrógeno es un componente esencial de cualquier infraestructura futura de energía de hidrógeno. El hidrógeno debe ser transportado desde el punto de producción hasta el punto de uso y manejado dentro de estaciones de reabastecimiento o instalaciones de energía estacionarias. El alcance de la entrega de hidrógeno incluye todo lo que se encuentra entre la unidad de producción (central o distribuida) y el dispensador en una estación de servicio o instalación de energía estacionaria.

Para comenzar la tarea del análisis de hidrógeno, el H2A Analysis Group ha desarrollado tres modelos de entrega de H2A: Componentes de transporte de entrega,

Análisis de Escenarios de Entrega y Análisis de Estación de Reabastecimiento. Todos los modelos siguen el enfoque H2A de parámetros económicos, transparencia, codificación de colores y diseños de modelos.

 

Las siguientes herramientas de análisis de entregas H2A están disponibles a través de este sitio.

Todos los modelos de entrega H2A contienen macros que son necesarios para una operación adecuada. Debido a que Microsoft Excel tiene una opción de seguridad de macros (para aceptar o denegar macros), su computadora necesita configurarse para que se ejecuten estas macros. La seguridad de las macros debe establecerse en medio o bajo. Si ejecuta Excel 2003 con una configuración de seguridad media, aparecerá un cuadro de diálogo que le preguntará si desea ejecutar macros cada vez que abra una hoja de cálculo que contenga macros (como los Modelos de entrega H2A). Con una configuración de baja seguridad, las macros podrán ejecutarse automáticamente. En Excel 2007 con una configuración de seguridad media, aparecerá un escudo en la parte superior de la pantalla cada vez que abra los modelos. Debe hacer clic en "opciones" y "habilitar contenido" para que se ejecuten las macros. Para acceder a la opción de seguridad macro de Excel, use el siguiente árbol de menú: Herramientas> Macros> Seguridad.

 

Descripción general del análisis de entrega H2A

Hay tres vías de entrega amplias: suministro de hidrógeno gaseoso, suministro de hidrógeno líquido criogénico y nuevos portadores de hidrógeno sólido o líquido. Las vías líquida y gaseosa transportan hidrógeno puro en su forma molecular a través de un camión o tubería. Un portador es un material que transporta hidrógeno en una forma distinta a las moléculas de hidrógeno libres. Las vías de transporte transportan hidrógeno a través de un camión o tubería y requieren el retorno del combustible gastado para su reprocesamiento.

Hasta la fecha, el análisis de la entrega de H2A se ha centrado en vías líquidas y gaseosas utilizando las tecnologías actualmente disponibles. El análisis futuro investigará las opciones emergentes y de más largo plazo para la entrega de hidrógeno. Se requerirá un análisis detallado y exhaustivo del costo potencial y el rendimiento de las futuras tecnologías y sistemas de entrega para comprender mejor sus ventajas y desventajas, tanto para la transición como para el uso a largo plazo del hidrógeno como principal proveedor de energía.

Modelo de componentes de entrega H2A

En los análisis de entrega H2A, la entrega de hidrógeno se define como el conjunto completo de equipos y procesos utilizados para mover el hidrógeno desde el punto de producción (planta central más grande o unidad de producción distribuida pequeña) a la boquilla de un dispensador. La materia prima, la escala y el proceso utilizados para producir hidrógeno están fuera de los límites de la entrega; también lo es el funcionamiento del vehículo impulsado por hidrógeno.

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Dentro de los límites del sistema de suministro, el hidrógeno está acondicionado para permitir el transporte a granel como un gas comprimido o como un líquido; enviado a través de un modo de transporte a granel (por ejemplo, tubería de transmisión o camión) a un terminal donde se puede acondicionar, almacenar o transferir a un modo de distribución local; y entregado a una estación de reabastecimiento donde se distribuye en los vehículos.

El modelo H2A Delivery Components se centra en los componentes necesarios para suministrar hidrógeno líquido o gas de hidrógeno comprimido desde una planta de producción central o unidad de producción distribuida a la boquilla del dispensador. En este punto, las nuevas tecnologías de almacenamiento y entrega, como los portadores de hidrógeno, no se modelan. Los componentes que se modelan en la Versión 2.0 de la herramienta se enumeran a continuación.

 

Componentes específicos de ruta

  • Remolque de tubo de gas de hidrógeno comprimido en camión (2700 psi)

  • Buque de hidrógeno camión-líquido

  • Tubería

  • Liquefier

  • Compressor (single-stage or multi-stage units)

 

Componentes de almacenamiento masivo

  • Tubo de gas comprimido

  • Tanque de líquido a granel

  • Caverna geológica / subterránea

Componentes de la interfaz de transmisión / distribución

  • Tubería a la terminal de gas (con almacenamiento geológico o líquido para cortes de la planta y sobretensiones de demanda)

  • Tubería a terminal líquido (con almacenamiento geológico o líquido para cortes de plantas y sobretensiones de demanda)

  • Terminal H2 líquida "pura" (con almacenamiento geológico o líquido para cortes de la planta y sobretensiones de demanda)

  • Terminal H2 gaseosa "pura" (con almacenamiento geológico o líquido para cortes de la planta y sobretensiones de demanda)

 

Componentes de estaciones de repostaje

  • Compresor

  • Dispensador

  • Almacenamiento diario (ya sea en recipientes de baja presión o como componentes del sistema de carga en cascada)

 

Estación de reabastecimiento integrada

  • Gaseoso (que contiene compresor integrado, compresión / dispensación en cascada y almacenamiento)

  • Líquido (que contiene almacenamiento integrado, vaporizador y compresión / dispensación en cascada)

 

El modelo está escrito como una hoja de cálculo de Microsoft Excel con una pestaña separada para cada uno de los componentes de entrega. El modelo calcula la contribución del costo de cada componente dentro de la infraestructura de entrega al costo de $ / kg de entrega de hidrógeno. Esta contribución de los costos se basa en las aportaciones proporcionadas por el usuario que describen la cantidad de hidrógeno a entregar y el capital básico y los costos de operación para el componente.

La versión 2.0 contiene valores predeterminados que representan las tecnologías y los costos actualmente disponibles (2005). El usuario puede cambiar estos parámetros para simular avances en la tecnología y cambios en otros costos.

Uso del modelo de componentes de transporte de entrega H2A
Los portadores de hidrógeno han sido objeto de intensa investigación por su potencial para cumplir con los objetivos de almacenamiento a bordo del DOE. Los posibles portadores alternativos de hidrógeno incluyen hidruros metálicos, hidruros químicos, sorbentes de carbono de alta área de superficie e hidrocarburos en fase líquida. Si bien estos portadores de hidrógeno alternativos tienen el potencial de proporcionar almacenamiento a bordo, también se pueden usar para mejorar la eficiencia y el costo del suministro de hidrógeno a las estaciones de servicio. Ciertas tecnologías de almacenamiento de hidrógeno pueden no cumplir con todos los requisitos para el uso a bordo de vehículos, pero pueden ser viables para la entrega de hidrógeno porque los componentes de entrega tienen requisitos menos restrictivos que el almacenamiento a bordo con respecto a su capacidad volumétrica y gravimétrica.

Un modelo de portadores de hidrógeno se desarrolló en Microsoft Excel para evaluar el costo asociado con las vías de entrega de varios operadores. Sirve como una herramienta para examinar el costo de los componentes asociados con diferentes vías (camión líquido, camión de estado sólido, tubería, etc.) en los que se pueden usar varios transportadores para la entrega de hidrógeno, para establecer qué componentes contribuyen significativamente al costo de entrega. y para proporcionar rangos para las características de cada componente. El modelo ha sido desarrollado en el formato de herramientas H2A e incorpora muchas de sus características. El modelo contiene macros que son necesarios para una operación adecuada.

Modelo de análisis de escenarios de entrega H2A

Al igual que otras herramientas desarrolladas por H2A, el modelo de análisis de escenarios de entrega de hidrógeno (HDSAM) utiliza un enfoque de economía de ingeniería para la estimación de costos. Para un escenario dado (discutido a continuación), un conjunto de "componentes" (por ejemplo, compresores, tanques, remolques de tubos, etc.) se especifica, dimensiona y enlaza en un sistema de entrega simulado o infraestructura de camino. Los supuestos financieros, económicos y tecnológicos se utilizan luego para calcular el costo nivelado de esos componentes y su contribución global al costo de entrega del hidrógeno. La versión 2.0 contiene valores predeterminados que representan las tecnologías y los costos actualmente disponibles (2005) y las características actuales de la población y la infraestructura. El usuario puede cambiar estos parámetros para simular avances en la tecnología y cambios en otros costos o características relevantes.

Como en el modelo H2A Delivery Components, la entrega de hidrógeno se define para incluir todo el proceso de mover hidrógeno desde la puerta de una planta de producción central hacia un vehículo. Por lo tanto, la entrega incluye todo el transporte, almacenamiento y acondicionamiento (por ejemplo, compresión, licuefacción, o para portadores de hidrógeno, hidrogenación / reprocesamiento de material gastado) desde la salida de una instalación de producción de hidrógeno centralizada e incluyendo una estación de reabastecimiento que comprime, almacena y dispensa el hidrógeno La administración de hidrógeno también podría incluir la compresión, el almacenamiento y la distribución de hidrógeno producido en el sitio en una explanada (por ejemplo, producción distribuida). La versión actual de HDSAM (V2.0) no modela escenarios de producción distribuida o rutas de portadores de hidrógeno. Las versiones futuras del modelo incluirán estas opciones.

HDSAM se basa en los cálculos de economía de ingeniería en el modelo de componentes de entrega H2A. En efecto, muchas de las hojas de cálculo (o fichas) de "componentes" dentro del Modelo de Componentes de Entrega están integradas en HDSAM, que las vincula en combinaciones apropiadas para definir una vía de entrega, dimensionar los componentes individuales de acuerdo con la estimación de demanda de un escenario y calcular la costo asociado con la entrega de una cantidad dada de hidrógeno a través de la vía especificada.

 

El tamaño del mercado puede variar desde un área urbanizada de 50,000 personas a una de más de 20 millones de personas, y desde un segmento de autopista interestatal de 10 millas. a 300 mi. (1000 millas para la entrega de tuberías). La penetración de mercado puede variar de 1% a 100%. El transporte a granel puede ser a través de un remolque de tubo gaseoso, un camión de hidrógeno líquido o una tubería gaseosa. La distribución local generalmente se realiza a través del mismo modo; sin embargo, para el transporte a granel por oleoducto, la entrega local también puede realizarse por cualquier otro modo.

El tamaño del mercado puede variar desde un área urbanizada de 50,000 personas a una de más de 20 millones de personas, y desde un segmento de autopista interestatal de 10 millas. a 300 mi. (1000 millas para la entrega de tuberías). La penetración de mercado puede variar de 1% a 100%. El transporte a granel puede ser a través de un remolque de tubo gaseoso, un camión de hidrógeno líquido o una tubería gaseosa. La distribución local generalmente se realiza a través del mismo modo; sin embargo, para el transporte a granel por oleoducto, la entrega local también puede realizarse por cualquier otro modo.

El almacenamiento para cortes de la planta y las demandas de sobrevoltaje pueden ser en formaciones geológicas o como hidrógeno líquido, y las estaciones de reabastecimiento de combustible pueden variar de 50 kg a 6000 kg de hidrógeno dispensado por día. Por lo tanto, los escenarios de entrega son combinaciones de (a) mercados, (b) penetraciones de mercado, (c) modos de entrega, (d) almacenamiento de tiempo de inactividad y (e) tamaño de la estación de reabastecimiento, con un conjunto asociado de suposiciones sobre la demanda del mercado y la infraestructura.

 

En realidad, sin embargo, los escenarios de entrega son aún más variables. El usuario puede definir un escenario más allá al cambiar valores predeterminados como la distancia desde una instalación de producción central hasta el borde del área urbana, el ahorro de combustible promedio de hidrógeno y los vehículos ligeros convencionales, las tasas de motorización de la ciudad (por ejemplo, vehículos por persona) y la utilización del vehículo (por ejemplo, millas manejadas por vehículo por año), suposiciones financieras, y las características y el costo de cualquier componente en la vía de entrega.

 

Caminos de entrega
Dentro de HDSAM, la selección del usuario de un modo de entrega invoca una cadena asociada de "componentes" de entrega o procesos requeridos para satisfacer la demanda del mercado. Por ejemplo, si el usuario selecciona la entrega de camiones de hidrógeno líquido (con almacenamiento de líquido para tiempos de inactividad de la planta y sobretensión) para un mercado, tasa de penetración y tamaño de estación de reabastecimiento determinados, el modelo calcula no solo el número y costo de los camiones necesarios para entregar el combustible para las estaciones de servicio, pero también el costo de licuadores, bombas, vaporizadores, dispensadores, instalaciones de carga de camiones y recipientes de almacenamiento de tamaño adecuado en las terminales y las estaciones de servicio. Colectivamente, estos pasos o "componentes" se conocen como una vía.

La siguiente figura ilustra tres amplias rutas de hidrógeno líquido contenidas en la Versión 2.0 del modelo. Tenga en cuenta que debido a que la entrega se divide en transmisión masiva y distribución local, cada una de las cuales puede realizarse por un modo diferente, las actividades de carga, acondicionamiento y almacenamiento normalmente asociadas a una terminal o depósito pueden ubicarse en cualquier lugar entre la planta de producción y la puerta de la ciudad . En Pathway 1, están ubicados junto con la producción; en los Caminos 2 y 3, están en la puerta de la ciudad.

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Almacenamiento

La versión 2.0 del modelo contiene un perfil de demanda revisado que se usa para calcular la demanda promedio y máxima. Las necesidades de almacenamiento se calculan para satisfacer la demanda máxima de verano (por ejemplo, los primeros cinco minutos de la hora pico del día pico) así como el mantenimiento programado y otros tiempos de inactividad de la planta. El tamaño del equipo frente a las necesidades de almacenamiento se optimiza dentro del modelo; es decir, los componentes se dimensionan de modo que se minimice su costo total (capital y costo operativo del equipo y el almacenamiento asociado).

Modelo de análisis de estación de reabastecimiento H2A

Los investigadores del Laboratorio Nacional de Argonne (ANL) han desarrollado el Modelo de Análisis de la Estación de Reabastecimiento de Hidrógeno (HRSAM), que calcula el costo del reabastecimiento de hidrógeno en función de las capacidades de varias estaciones de combustible y las configuraciones de diseño. HRSAM es una versión abreviada de HDSAM que se centra exclusivamente en los costos de estaciones de reabastecimiento a corto plazo. HRSAM incorpora los aspectos significativos de diseño de las estaciones de servicio, incluido el tamaño y el costo de los equipos de capital, y los costos de operación y mantenimiento. Los valores predeterminados para las entradas del modelo se basan en los primeros datos del mercado, pero el usuario puede modificarlos para evaluar diferentes opciones de reabastecimiento de combustible. Los parámetros de diseño de estación que son particularmente importantes para los operadores se destacan en una interfaz separada fácil de usar; estos parámetros incluyen proyecciones anuales de la utilización de la estación, la cantidad de mangueras que tiene una estación, el número de rellenos consecutivos que puede completar una estación y los modos de suministro de hidrógeno que acepta la estación. Los usuarios también pueden especificar entradas económicas, como la tasa de rendimiento y la relación deuda-capital. Usando el análisis de flujo de efectivo descontado, HRSAM luego genera los flujos de efectivo anuales y acumulativos, el costo de reabastecimiento por kilogramo de hidrógeno, los años necesarios para cubrir la inversión, la inversión total de capital y el área de terreno que requiere una estación determinada.

Documentación H2FAST
Los siguientes documentos y recursos proporcionaron información detallada sobre las diferentes versiones de H2FAST y respuestas a preguntas frecuentes.

Manuales de usuario

Descargue los manuales de usuario de las versiones web y de hoja de cálculo de H2FAST.

Soporte técnico
Envíe sus preguntas o comentarios sobre H2FAST a danieldonatelli1@gmail.com

La herramienta de escenario de análisis financiero de hidrógeno, H2FAST, proporciona un análisis financiero en profundidad rápido y conveniente para las estaciones de abastecimiento de hidrógeno. H2FAST está disponible en dos formatos: una herramienta interactiva en línea y una hoja de cálculo Excel descargable.

Hoja de extensión 10 descarga del modelo de estación

 

La versión de hoja de cálculo de H2FAST ofrece modos de interfaz de usuario básicos y avanzados para modelar estaciones individuales o grupos de hasta 10 estaciones. Proporciona a los usuarios proyecciones financieras anuales detalladas en forma de estados de resultados, estados de flujos de efectivo y balances; presentación gráfica de los parámetros de rendimiento financiero para 65 métricas comunes; desglose del costo del ciclo de vida para cada escenario de análisis; y los resultados comunes del análisis de la relación como la posición de la deuda / patrimonio, el rendimiento sobre el capital y el índice de cobertura del servicio de la deuda.

Utilice la herramienta en línea H2FAST para explorar cómo cambian algunas métricas básicas de rendimiento financiero variando hasta 20 entradas de usuario. Ingrese sus propios valores de entrada o ajuste las barras deslizadoras para ver cómo cambian los resultados. Tenga en cuenta que la moneda se expresa en dólares nominales (no en dólares reales).

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