Estudio de situación de una planta de hidrógeno verde en la España peninsular

Trabajo sobre SIG
Título	Estudio de situación de una planta de hidrógeno verde en la España peninsular
Autores	Aleksander Konefal Daniel Lohse Calvo Teresa Ibáñez de Opacua Lomoschitz
Asignatura	Sistemas de Información Geográfica Aplicados a la Ingeniería Civil
Curso	Curso 21/22
Este artículo ha sido escrito por estudiantes como parte de su evaluación en la asignatura

En el siguiente trabajo se desarrollará un estudio de localización para la posible implantación de una central de hidrógeno verde en la España peninsular. Para dicho análisis se empleará el software libre QGIS donde analizaremos las posibles soluciones en función de criterios como cercanía a la red de carreteras, posibilidad de transporte mediante el uso de gasoductos existentes, zonas de alto potencial solar y buena conexión a la red eléctrica para poder implantar un parque solar que abastezca la central de hidrogeno, las afecciones a los espacios naturales protegidos, etc.

Para poder seleccionar la zona idónea se deben considerar todos los criterios que influyen en la elección del lugar de instalación de la central y ponderarlos según su importancia.

Para ello primero se obtienen los mapas de interés, y a continuación, en ellos se marcan las zonas de influencia, otorgándoles un valor entre de 0 y 1 (correspondiendo el 1 al mejor valor para ese criterio), y finalmente se combinan todos los mapas de forma proporcional a los valores característicos.

Los elementos de estudio han sido la red eléctrica, la red de carreteras, la de gasoductos, los parques naturales, el potencial solar y la orientación del terreno. Este trabajo abarca el territorio peninsular. El resultado aporta conclusiones de notable interés, que para un análisis más exhaustivo podría limitarse a una Comunidad Autónoma, de forma que se obtuvieran datos más precisos y a escalas con mayor exactitud.

Contenido

1 Introducción
2 Metodología
- 2.1 Datos empleados
- 2.2 Operaciones realizadas
3 Resultados
4 Conclusiones
5 Referencias
6 Anejos

1 Introducción

En la actualidad, la producción de hidrógeno se ha rentabilizado, aumentando el interés público sobre este bien.

El método de fabricación consiste en aplicar una corriente eléctrica a una masa de agua, descomponiéndola así en hidrógeno y oxígeno. La energía necesaria para el proceso químico puede obtenerse mediante fuentes renovables o no renovables, dando lugar a hidrógeno verde e hidrógeno gris, respectivamente.

El hidrógeno verde resulta crucial en la descarbonización de la economía, siendo un combustible limpio y eficiente. Su versatilidad lo convierte en una alternativa a la gasolina, el queroseno y otros combustibles fósiles, a los que podría sustituir en un futuro.

A fin de producir el hidrógeno por fuentes renovables hace falta realizar un estudio de situación, ya que la planta podrá valerse del potencial solar propio de la zona: Generará energía eléctrica, y esta podrá aprovecharse en las horas de menos consumo para la fabricación del hidrógeno.

Asimismo, se tendrán en consideración una serie de condicionantes de diversa índole que se exponen a continuación.

Potencial solar: Tendrán mayor relevancia las regiones con valores elevados.
Orientación del terreno: Se restringirá el análisis a zonas con orientación Sur, para maximizar la exposición solar de la planta.
Red de Carreteras Nacional: Se tendrá en consideración la cercanía a autopistas, autovías y a la red de carreteras nacionales y de primer orden.
Líneas eléctricas: Se valorará positivamente la proximidad al tendido eléctrico.
Gasoductos: Tendrá mayor peso las zonas cercanas a la red de gasoductos existente.
Parques naturales: Se excluirán del estudio las zonas que pertenezcan a las Red Natura 2000.

2 Metodología

2.1 Datos empleados

Los mapas utilizados son los siguientes.

IGN ^[1]: Límites municipales, provinciales y autonómicos; BTN100 (contiene los mapas de líneas eléctricas, carreteras y gasoductos).
MITECO: Espacios Naturales Protegidos 2021. ^[2]
Solargis: Mapa de recursos solares de España. ^[3]

2.2 Operaciones realizadas

Todos los mapas se han modificado tras la descarga de datos, eliminando los datos superfluos al estudio de las tablas de atributos y acotándolos a la península. Para este último paso se ha procedido de distinta manera según el tipo de mapa:

En formato vectorial se han suprimido los datos indeseados seleccionándola por extensión.
En formato ráster se hecho una capa de máscara con los límites municipales, provinciales y autonómicos del IGN, conservando únicamente los límites peninsulares. Éstos se han disuelto, convirtiéndolos posteriormente en polígonos, comprobando y corrigiendo la geometría, y simplificándola con un nivel de detalle de 500 metros.

Mapa de orientaciones:

Utilizando los puntos acotados del BTN100, se ha hecho una interpolación TIN de la España peninsular con 200 metros de resolución. Tras aplicar la herramienta de Aspecto se ha reclasificado la capa con r.reclass, asignándole valor 1 a las orientaciones entre 135 y 225º respecto al norte, y 0 al resto.

Red de Carreteras Nacional, líneas eléctricas y gasoductos:

Trabajamos de forma similar en estos mapas, por lo que explicaremos el proceso de forma conjunta. Comenzamos empleando herramientas vectoriales. Disolvemos la capa inicial y realizamos 5 buffers en intervalos de 400 m para las carreteras y las líneas eléctricas y de 200 m para los gasoductos, cada uno solamente con la franja de distancia correspondiente.

A continuación, los unimos, ponderando sus respectivas distancias a la red y rasterizándolos con resolución de 200 metros. Para facilitar el proceso de rasterización eliminamos los campos innecesarios de la tabla de atributos y creamos uno nuevo para el peso, que aumenta junto con la cercanía a las conducciones. Para evitar problemas de cómputo más adelante transformamos los valores NULL a 0 con el comando ráster Fill no data cells.

Nota: La capa de transportes del BTN100 contiene en formato vectorial todos los tipos de carreteras que hay en España, así que realizamos un proceso de filtrado recurriendo a los códigos de las distintas vías y a la tabla de atributos: autopistas, cód. 11; autovías, 12; carreteras nacionales, 13; y carreteras de primer orden, 15. Una vez filtradas, se extraen por separado, se unen en una capa común y ya se puede proceder como hemos explicado con anterioridad.

Parques naturales:

Al descargar el mapa de MITECO observamos que la geometría de los polígonos de los parques naturales está mal definida, por lo que se corrige para poder trabajar con esta capa correctamente. (Comprobar validez → Corregir geometrías)

Disolvemos la capa y hacemos una operación de diferencia de capas con el mapa de la península ibérica, obteniendo una capa vectorial donde aparece la península sin los parques naturales. Esta operación se realiza para poder dar valor 1 a las zonas sin parques, que podrán albergar la fábrica, y valor 0 a las zonas donde no podría ubicarse la planta. Rasterizamos y utilizamos la herramienta r.null para darle valor 0 a las zonas sin parques (resultado equivalente al Fill no data cells comentado anteriormente).

Potencial solar:

Tras eliminar el territorio extrapeninsular obtenemos una capa ráster que procedemos a normalizar entre valores de 0 y 1, siendo 0 el mínimo potencial solar en la península y 1 el máximo; en nuestro caso, restando el valor mínimo (976) para comenzar la escala en 0 y luego dividiendo entre la diferencia entre los valores máx-min, lo que coloca a todos los valores en una escala de 0 a 1.

3 Resultados

Tras realizar el proceso explicado previamente obtenemos los siguientes mapas temáticos:

Mapa de orientaciones
Regiones orientadas al Sur
Mapa de carreteras
Mapa de gasoductos
Líneas eléctricas
Potencial solar
Parques naturales

Utilizando la calculadora de campos se procede a ponderar cada característica positiva según la importancia que se desee. En nuestro caso, y para una escala entre 0 y 1, se otorgó:

Capa	Carreteras	Líneas eléctricas	Gasoductos	Potencial solar
Ponderación (%)	25	25	15	35

Comandos en la calculadora: "carreteras"*0.25 + "lineas_elect"*0.25 + "gasoductos"*0.15 + (("potencial_solar"-966) / 755)*0.35

Estas condiciones sumadas nos proporcionan el siguiente mapa de idoneidad de toda la península. Cuanto más oscuro, mejor preparado para albergar la fábrica. Se puede observar que las conexiones se vuelven una parte crucial del problema.

El siguiente paso consiste en multiplicar la capa ráster obtenida por las capas de parques naturales y orientaciones, las cuales eliminarán todos aquellos lugares que se localicen dentro de un parque natural o no cuenten con una buena orientación.

El mapa resultante es el resultado final del trabajo, e indica dónde construir la planta fotovoltaica y de producción de hidrógeno.

4 Conclusiones

El resultado final se inclina hacia zonas bien comunicadas, pues nuestra ponderación valora especialmente cómo son los accesos al lugar y si se puede acceder fácilmente a las distintas redes de suministro. En caso de querer optimizar la producción se podría dar más valor al potencial solar.

Los mejores datos los obtienen las comunidades autónomas de Castilla y León, Madrid, Comunidad Valenciana, Andalucía y Cataluña, principalmente por la calidad de sus infraestructuras.

Más concretamente las zonas con mayor puntuación han sido las Marismas del Titán y Marismas de Mendaña, en Huelva, de valores 0.997826 y 0.9966471; los siguientes dos valores más altos se encuentran en la zona de Málaga, y corresponden al Puerto de la Torre y La Castañeta, con valores de 0.995117 y 0.993423, respectivamente.

Cabe resaltar que las mejores localizaciones no son necesariamente las más meridionales, sino que regiones como Castilla y León tienen un gran potencial. Excelentes comunicaciones y una cantidad de kWh/m² perfectamente comparable con las de Andalucía o Murcia hacen de la zona un lugar muy interesante para invertir. De forma similar, los resultados son positivos para la mayor parte del territorio, exceptuando las regiones septentrionales.

Como posible mejora al estudio se plantea incorporar un mapa con el precio medio del suelo, ya que muchos resultados están muy cerca de ciudades y resulta poco realista construir en zona periurbana.

De forma adicional querríamos incluir una aclaración sobre un recurso que no hemos evaluado, el agua. La producción de H2 depende de este líquido, siendo la materia prima básica. Sin embargo, tras informarnos y preguntar a un profesional descubrimos que no era un condicionante importante, pues pequeñas cantidades de agua pueden producir grandes volúmenes de hidrógeno. Además, la calidad del agua tampoco es especialmente relevante, puesto que se puede aprovechar agua de diversos orígenes.