Tesis:
Metodología para la introducción progresiva del hidrógeno como combustible alternativo en el transporte privado : Aplicación al caso español
- Autor: FÚNEZ GUERRA, Carlos
- Título: Metodología para la introducción progresiva del hidrógeno como combustible alternativo en el transporte privado : Aplicación al caso español
- Fecha: 2016
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S.I. DE MINAS Y ENERGÍA
- Departamentos: ENERGIA Y COMBUSTIBLES
- Acceso electrónico: http://oa.upm.es/44448/
- Director/a 1º: CLEMENTE JUL, María del Carmen
- Resumen: La movilidad y el transporte Español, dependen enormemente del petróleo importado. El suministro de petróleo y, por tanto, la movilidad dependen en gran medida de regiones políticamente inestables, circunstancia que suscita preocupaciones sobre la seguridad del suministro. La repercusión de la dependencia del petróleo en la economía Española es demasiado grande para ignorarla, teniendo que actuar para poner fin a esta situación. Desarrollar una estrategia en el sector del transporte, que sustituya progresivamente al petróleo por combustibles alternativos y cree las infraestructuras necesarias, podría suponer ahorros en la factura de las importaciones de petróleo, a la vez que una mayor seguridad de suministro y reducción de los gases de efecto invernadero. Como combustibles alternativos entendemos los combustibles o fuentes de energía que sustituyen, al menos en parte, a los combustibles fósiles clásicos como fuente de energía en los transportes y que pueden contribuir a la descarbonización de estos últimos y a mejorar el comportamiento medioambiental del sector transporte. Dentro de los diferentes combustibles alternativos, la presente tesis doctoral se centra en el hidrógeno. La DIRECTIVA 2014/94/UE DEL PARLAMENTO EUROPEO Y DEL CONSEJO de 22 de octubre de 2014 relativa a la implantación de una infraestructura para los combustibles alternativos, establece un marco común de medidas para la implantación de una infraestructura para los combustibles alternativos en la Unión Europea, a fin de minimizar la dependencia de los transportes respecto del petróleo y mitigar el impacto medioambiental del transporte. Dicha Directiva establece requisitos mínimos para la creación de una infraestructura para los combustibles alternativos, incluyendo puntos de recarga para vehículos eléctricos y puntos de repostaje de gas natural (licuado y comprimido) y de hidrógeno, que se habrán de aplicar mediante los marcos de acción nacionales de los Estados miembros, así como mediante las especificaciones técnicas comunes sobre dichos puntos de recarga y de repostaje, y los requisitos de información a los usuarios. En la presente tesis doctoral, se pretende dar respuesta a lo planteado por la Directiva 2014/94/UE, en lo referente a desarrollar un marco de acción nacional para el hidrógeno como combustible alternativo, mediante el desarrollo una metodología que permita determinar el número de infraestructuras de repostaje que han de incluir hidrógeno como combustible alternativo y su localización exacta, en cada periodo de tiempo t, considerando que la duración del periodo es de un año. Adicionalmente se define la política de subsidios y se optimiza la inversión que el Estado ha de realizar, en concepto de subsidio, para conseguir que se introduzca el hidrógeno como combustible alternativo, teniendo que desarrollarse de forma paulatina, acorde a las necesidades y sostenible en el tiempo una vez que finalice el periodo de subsidios. Para diseñar la política de subsidios óptima, comentada anteriormente, se establece un modelo de equilibrio de Stackelberg, de forma que se favorezca la penetración en el mercado de la movilidad sostenible de las infraestructuras que incorporan el hidrógeno como combustible alternativo. El Estado Español desempeña el papel de líder y los propietarios de las estaciones de repostaje, que potencialmente pueden albergar el hidrógeno como combustible alternativo, son los seguidores. El líder desea diseñar la política de subsidios que minimice la inversión necesaria para el despliegue efectivo de la infraestructura y los propietarios de las potenciales estaciones de repostaje, que pueden incluir al hidrógeno como combustible, deciden dinámicamente implementar o no (variables del nivel inferior) el hidrógeno con combustible alternativo, en función de las estimaciones del beneficio de su inversión basada en las actuales políticas de subsidios y en la demanda de combustibles alternativos. El modelo recoge el comportamiento de los diferentes actores del proceso (Estado Español, propietarios de estaciones de repostaje de combustible y propietarios de los vehículos eléctricos de pila de combustible) en un contexto dinámico y de competencia entre las estaciones de repostaje. El aspecto de competencia es novedoso en la literatura, ya que en la mayoría de los trabajos se asume una localización coordinada, esto es, un monopolio en la propiedad de las estaciones de repostaje de combustibles alternativos o, equivalentemente, la existencia de un Estado que puede forzar a cualquier propietario individual a instalar una estación de repostaje de combustible alternativo; siendo el objetivo el de maximizar el beneficio de la única compañía propietaria o maximizar la cobertura global de la red. El modelo o metodología, comentado anteriormente, se aplica a un caso de estudio formado por 5 nodos y 6 arcos. Con los resultados obtenidos, se realiza la proyección para el caso de España. Adicionalmente, se realiza un análisis de sensibilidad, incluyendo además de los subsidios base que considera la metodología (ayudas a la amortización de la infraestructura de repostaje y a los kilogramos de hidrógeno vendidos), un subsidio a la adquisición de vehículos eléctricos de pila de combustible alimentados por hidrógeno, y se considera dicho subsidio para el caso de estudio y su proyección al caso Español, sumando de esta forma un total de 4 escenarios. El periodo de estudio considerado es de 30 años, comprendido entre el año 2016 y el año 2045, siendo el estudio dinámico, es decir, los diferentes parámetros evolucionan con el tiempo, en concreto, para cada periodo de tiempo t, considerando que t es igual a un año. El principal resultado obtenido al aplicar la metodología planteada en la presente tesis doctoral a los cuatro escenarios, es la factibilidad técnico-económica de la introducción del hidrógeno como combustible alternativo (de forma ordenada y sostenible en el tiempo), necesitando para ello subsidios moderados, representando valores comprendidos entre el 0,18% y el 1,56% anual del presupuesto medio que el Gobierno Español dedica anualmente a infraestructuras. ABSTRACT Spanish mobility and transport have a strong dependence on imported oil. Oil supply and therefore mobility depend on politically unstable regions, raising concerns about security of supply.The impact of oil dependency in the Spanish economy is very important, being necessary to act to end this situation. The development of a strategy in the transport sector, replacing gradually to oil by alternative fuels and create the necessary infrastructure, could generate savings in the bill for oil imports, while greater security of supply and reduced greenhouse gases. We understand as alternative fuels, fuel or energy sources that replace, at least in part, to classic fossil fuels as a source of energy in transport and can contribute to the decarbonisation of the latter and to improve the environmental performance of the transport sector. Among the different alternative fuels, this thesis focuses on hydrogen. 2014/94 / EU OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL DIRECTIVE of 22 October 2014 on the implementation of an infrastructure for alternative fuels, establishes a common framework of measures for the implementation of an infrastructure for alternative fuels in the EU European to minimize the dependence of transport on oil and mitigate the environmental impact of transport. The Directive establishes minimum requirements for the creation of an infrastructure for alternative fuels, including charging points for electric vehicles and refuelling points natural gas (liquefied and compressed) and hydrogen, to be applied by the national policy frameworks Member States as well as by the common technical specifications on these charging points and refuelling, and reporting requirements to users. In this thesis, it provides answers to Directive 2014/94 / EU, in terms of developing a national action framework for hydrogen as an alternative fuel, by developing a methodology to determine the number of hydrogen refuelling stations and exact location, every time t, where t is equal to one year. Besides the subsidy policy is defined, optimizing the investment that the state has to perform, to make hydrogen as an alternative fuel is introduced, having to develop gradually, according to the needs and sustainable over time after the end of the subsidy period. To design the optimal policy subsidies, a model Stackelberg equilibrium is established, allowing penetration of hydrogen as an alternative fuel. The Spanish State plays the role of leader and owners of filling stations that can potentially accommodate hydrogen as an alternative fuel, are the followers. The leader wants to design the subsidy policy that minimizes the investment required for the effective deployment of the infrastructure and owners of potential refuelling stations, which may include hydrogen as fuel, dynamically decide to implement or not (variables lower level) the alternative fuel hydrogen, based on estimates of return on their investment based on current subsidy policies and the demand for alternative fuels. The model reflects the behaviour of the different actors in the process (Spanish state, station owners refuelling and owners of electric vehicles fuel cell) in a dynamic context and competition between refuelling stations. The aspect of competition is new in the literature, since in most works a coordinated location is assumed, that is, a monopoly on the ownership of refuelling stations for alternative fuels or, equivalently, the existence of a state you can force any individual owner to install a alternative fuel refuelling station, the aim being to maximize the benefit of the company or sole proprietor maximize overall network coverage. The model or methodology discussed above, is applied to a case study consists of five nodes and arcs 6 and a projection for all of Spain. In addition, a sensitivity analysis including addition to the initial considered subsidies (aid for amortization of refuelling infrastructure and kilograms of hydrogen sold), a subsidy for the purchase of fuel cell electric vehicles, considering the subsidy for the case study and performed projection to the entire Spanish territory, thereby adding a total of 4 scenarios. The study period considered is 30 years, between 2016 and 2045, being the dynamic study, ie, different parameters evolve over time, in particular, for each time t, whereas t is equal to one year. The main result of applying the methodology proposed in this thesis to the four scenarios, is the technical and economic feasibility of the introduction of hydrogen as an alternative fuel (in an orderly and sustainable manner over time), needing to do so subsidies moderate, representing values between 0.18% and 1.56% annual average budget of the Spanish government spends annually infrastructure.