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Aplicaciones energéticas del hidrógeno_A.González García-Conde

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  • 1. 11 Aplicaciones energéticas del hidrógenoAplicacionesAplicaciones energenergééticasticas del hidrdel hidróógenogeno Antonio González García-Conde Presidente de la Asociación Española del Hidrógeno Director Departamento Aerodinámica y Propulsión – INTA Antonio GonzAntonio Gonzáález Garclez Garcííaa--CondeConde Presidente de la AsociaciPresidente de la Asociacióón Espan Españñola del Hidrola del Hidróógenogeno Director Departamento AerodinDirector Departamento Aerodináámica y Propulsimica y Propulsióónn –– INTAINTA Curso de verano:Curso de verano: ““EnergEnergíía y Cata y Catáálisis: nuevos retos para un desarrollolisis: nuevos retos para un desarrollo energenergéético sostenibletico sostenible”” Santander, 18 de agosto de 2010Santander, 18 de agosto de 2010 CONTENIDOCONTENIDO Aplicaciones energéticas del HidrógenoAplicaciones energAplicaciones energééticas del Hidrticas del Hidróógenogeno • Introducción. La energía en España. • El hidrógeno en el transporte. La propulsión espacial. ( ------ Las Pilas de Combustible -------- ) Sistemas de propulsión. El problema del almacenamiento de H2 a bordo. La logística para la distribución y suministro del H2. Ejemplos transporte terrestre, aéreo y marítimo. • El hidrógeno en aplicaciones estacionarias. • Emisiones y Eficiencia eléctrica. • Generación centralizada y generación distribuida. • Integración de energías renovables. • Aplicaciones remotas.
  • 2. 22 Aplicaciones energéticas del hidrógenoAplicaciones energAplicaciones energééticas del hidrticas del hidróógenogeno Aplicaciones energéticas del hidrógenoAplicaciones energAplicaciones energééticas del hidrticas del hidróógenogeno
  • 3. 33 Aplicaciones del hidrAplicaciones del hidróógenogeno en el Transporteen el Transporte Aplicaciones en el Espacio Aplicaciones en el Espacio
  • 4. 44 Un viaje a la Estación Espacial Internacional Un viaje a la EstaciUn viaje a la Estacióón Espacialn Espacial InternacionalInternacional Por favor, abróchense los cinturones. Por favor, abrPor favor, abróóchense loschense los cinturones.cinturones. Se inicia la cuenta atrás.Se inicia la cuenta atrSe inicia la cuenta atráás.s. ... 3 ... 2 ... 1...... 3 ... 2 ... 1...... 3 ... 2 ... 1... ¡ IGNICION !¡¡ IGNICION !IGNICION !
  • 5. 55
  • 6. 66
  • 7. 77 Aplicaciones:Aplicaciones: ESPACIOESPACIO ProgramaPrograma ““GeminiGemini”” (10 misiones, 1965(10 misiones, 1965--66)66) • 3 stacks en paralelo • Tecnología SPE (General Electric) • 1 kW, 30 kg, 30 ºC. • 0.5 l H2O/kWh •• 33 stacksstacks en paraleloen paralelo •• TecnologTecnologíía SPE (General Electric)a SPE (General Electric) •• 11 kWkW, 30, 30 kgkg, 30, 30 ººC.C. •• 0.5 l0.5 l H2OH2O//kWhkWh Pilas de CombustiblePilas de Combustible Aplicaciones:Aplicaciones: ESPACIOESPACIO ProgramaPrograma ““ApolloApollo”” (17 misiones, 1966(17 misiones, 1966--72)72) • 3 stacks en paralelo • Tecnología Alcalina • 1.420 kW, 110 kg, 204 ºC, • 0.34 l H2O/kWh •• 33 stacksstacks en paraleloen paralelo •• TecnologTecnologíía Alcalinaa Alcalina •• 1.4201.420 kWkW, 110, 110 kgkg, 204, 204 ººC,C, •• 0.34 l0.34 l H2OH2O//kWhkWh Pilas de CombustiblePilas de Combustible
  • 8. 88 Aplicaciones:Aplicaciones: ESPACIOESPACIO • 2 stacks en paralelo • Tecnología Alcalina • 12 kWp, 91 kg, 85 ºC. •• 22 stacksstacks en paraleloen paralelo •• TecnologTecnologíía Alcalinaa Alcalina •• 1212 kWpkWp, 91, 91 kgkg, 85, 85 ººC.C. SpaceSpace ShuttleShuttle OrbiterOrbiter (132 misiones, 1981(132 misiones, 1981--2010)2010) Pilas de CombustiblePilas de Combustible
  • 9. 99
  • 10. 1010 ¿Qué son las Pilas de Combustible? ¿¿QuQuéé son las Pilas deson las Pilas de Combustible?Combustible?
  • 11. 1111 • Definición. • Principios básicos de funcionamiento. • Clasificación. • Componentes. • Funcionamiento: Curva V-I, Catalizadores, Potencia y Rendimiento). • Comparación con baterías y MCI. • Sistemas de Pilas de Combustible. • Aplicaciones en el transporte. CONTENIDOCONTENIDO Pilas de CombustiblePilas de Combustible DefiniciDefinicióónn Una Pila de Combustible es un dispositivoUna Pila de Combustible es un dispositivo electroquelectroquíímicomico queque convierteconvierte directamentedirectamente la energla energíía qua quíímica en energmica en energíía ela elééctrica.ctrica. Energía Química (Combustible+ Oxidante) Energía Eléctrica Energía Térmica Energía Mecánica Motores Térmicos Límite de Carnot ηmáx =1-Tf /Tc Pilas de Combustible Combustión con oxígeno Generador η ≈ 1 Pilas de CombustiblePilas de Combustible
  • 12. 1212 Pilas de CombustiblePilas de Combustible Principio de básico de funcionamiento (Pilas PEM) 800-1000 600-650 200-220 50-100 70-80 80-100 TT operacioperacióónn ((ooCC)) H2 y CO del reformado interno de gas natural o gasificación de carbón H2 de reformado de GN o metanol Metanol diluido H2 puro o de reformado de compuestos hidrogenados H2 CombustibleCombustible 100- 250 kW 100 kW-2 MW 50 kW-10 MW 0.01- 0.2 5-250 kW 5- 150 kW PotenciaPotencia 40-50 Polímeros (PEM) 30-40 Metanol Directo (DMFC) 50-65 Oxido sólidos (SOFC) 45-60 Carbonatos (MCFC) 40-45 Ácido Fosfórico (PAFC) 60 Alcalina (AFC) RendimientoRendimiento (%)(%) TecnologTecnologííaa Pilas de Combustible: TiposPilas de Combustible: TiposPilas de Combustible: Tipos
  • 13. 1313 Pilas de Combustible: TiposPilas de Combustible: TiposPilas de Combustible: Tipos Pilas de CombustiblePilas de Combustible ComponentesComponentes (Pilas PEM)(Pilas PEM) MEMBRANAS yMEMBRANAS y ELECTRODOSELECTRODOS
  • 14. 1414 MEAMEA Unidad básica conversión electroquímica MONOCELDAMONOCELDA MEA + placas terminales Pilas de CombustiblePilas de Combustible ComponentesComponentes (Pilas PEM)(Pilas PEM) STACKSTACK Apilamiento de variasApilamiento de varias monoceldasmonoceldas conectadas elconectadas elééctricamentectricamente Pilas PEM 2,5 y 5 kW INTA (1996) Pilas PEM 2,5 y 5Pilas PEM 2,5 y 5 kWkW INTA (1996)INTA (1996) Pilas de CombustiblePilas de Combustible PLACAS BIPOLARESPLACAS BIPOLARES SeparaciSeparacióónn--DistribuciDistribucióón Gasesn Gases ConducciConduccióón de corrienten de corriente PLACAS TERMINALESPLACAS TERMINALES ActActúúan de terminales elan de terminales elééctricosctricos y empaquetan el conjuntoy empaquetan el conjunto ComponentesComponentes (Pilas PEM)(Pilas PEM)
  • 15. 1515 Principio de funcionamiento • El número de celdas en el “stack” determina la tensión total. • El área de cada celda determina la intensidad total. • La potencia vendrá dada por el producto de la tensión y la intensidad. • La diferencia entre el calor de reacción y el trabajo eléctrico producido es evacuada en forma de calor que puede ser recuperado para otros usos. Pilas de CombustiblePilas de Combustible Curva VCurva V--II Pilas de CombustiblePilas de Combustible Potencia P=VIPotencia P=VI Características de operación 1,231,23 1,001,00 V=VV=Vidid--ηηoo--ηηactact--ηηΩΩ--ηηcc vv ii PP iii (i (mAmA/cm/cm22 )) i (i (mAmA/cm/cm22 )) ηηoo ηηactact ηηΩΩ ηηcc
  • 16. 1616 Ni800-1000 600-650 200-220 50-100 70-80 80-100 TT operacioperacióónn ((ooCC)) Ni Pt Pt-Ru sobre C • Pt y Pt con aleaciones (Pt-Ru, Pt-Rh, Pt-Ir, Pt-WO2, Pt-Mo), más tolerantes al CO. • Algunas perovskitas: SrPdO3 • Orgánicos: metaloporfirinas, ftalocianinas • Biocatalizadores: encimas + portadores de carga Ni, Ag, Oxidos metálicos, Espinelas y Metales nobles CatalizadorCatalizador áánodonodo Polímeros (PEM) Pt sobre C Metanol Directo (DMFC) Oxidos con estructura de perovskita: ABO3, principalmente Manganitas de Lantano sustituidas (LSM) con Ba, Sr, Ca. Oxido sólidos (SOFC) Carbonatos (MCFC) Ácido Fosfórico (PAFC) Alcalina (AFC) Catalizador cCatalizador cáátodotodoTecnologTecnologííaa Pilas de CombustiblePilas de Combustible CatalizadoresCatalizadores RENDIMIENTO ELECTROQURENDIMIENTO ELECTROQUÍÍMICOMICO εε== εεTT.. εεVV.. εεFF Rendimiento electroquRendimiento electroquíímicomico -- Rendimiento termodinRendimiento termodináámicomico (M(Mááximo intrximo intríínseco)nseco) εεTT== ∆∆GG//∆∆HH == --nFnF VVeqeq//∆∆HH -- Rendimiento de FaradayRendimiento de Faraday -- Rendimiento de voltaje εεVV= V/= V/VVeqeq εεFF= I/= I/IImaxmax Pilas de CombustiblePilas de Combustible Características de operación
  • 17. 1717 PotenciaPotencia vsvs RendimientoRendimiento Pilas de CombustiblePilas de Combustible Características de operación PPεε i (i (mAmA/cm/cm22)) A carga parcial más rendimiento Corriente ContinuaCorriente Continua No almacenan energía (No necesitan recarga) Almacenan Energía (Necesitan recarga) PilasPilasBaterBaterííasas Generación continuaGeneración continua No límite CarnotLímite de Carnot PilasPilasMotor C.I.Motor C.I. ComparaciComparacióónn Pilas de CombustiblePilas de Combustible Potencia yPotencia y EnergEnergííaa desacopladasdesacopladas A cargaA carga parcial mparcial mááss rendimientorendimiento
  • 18. 1818 Ventajas/InconvenientesVentajas/Inconvenientes Pilas de CombustiblePilas de CombustiblePilas de Combustible ☺ Alta eficiencia. ☺ Respuesta rápida ☺ Sin emisiones. ☺ Carácter modular ☺ Silencioso. Coste elevado. Vida algo corta ☺☺ Alta eficiencia.Alta eficiencia. ☺☺ Respuesta rRespuesta ráápidapida ☺☺ Sin emisiones.Sin emisiones. ☺☺ CarCaráácter modularcter modular ☺☺ Silencioso.Silencioso. Coste elevado.Coste elevado. Vida algo cortaVida algo corta Intelligent Energy – Stack 75 kWIntelligentIntelligent EnergyEnergy –– Stack 75Stack 75 kWkW (EVS-21 – Monaco -2005) Intelligent Energy – Sistema PC 10 kWIntelligentIntelligent EnergyEnergy –– Sistema PC 10Sistema PC 10 kWkW Procesador de Combustible “STACK” Acondicionador de Potencia Sistema de recuperación de calor y potencia CombustibleCombustible Gas ricoGas rico en Hen H22 CCCC CACA Gas de ColaGas de Cola CalorCalor ResidualResidual CACA Sistemas con pila de combustibleSistemas con pila de combustible Pilas de CombustiblePilas de Combustible Aplicaciones TransporteAplicaciones Transporte (Automoci(Automocióón)n) Aplicaciones EstacionariasAplicaciones Estacionarias HH22
  • 19. 1919 Utilización del Hidrógeno como combustible para el transporte Sistemas de propulsión Utilización del Hidrógeno como combustible para el transporte Sistemas de propulsión Sistemas de propulsiónSistemas de propulsiSistemas de propulsióónn PILA COMBUSTIBLE MOTOR ELECTRICO TRANSMISION RUEDAS MOTOR COMBUSTION TRANSMISION RUEDAS PILA COMBUSTIBLE MOTOR ELECTRICO TRANSMISION RUEDAS BATERIA Eléctrico a Pila de Combustible Eléctrico a Pila Combustible Híbrido serie H2 H2 H2 MCI a Hidrógeno
  • 20. 2020 Sistemas de propulsión y Combustibles para un transporte sostenible Sistemas de propulsiSistemas de propulsióón y Combustiblesn y Combustibles para un transporte sosteniblepara un transporte sostenible Ref.: Toyota ¿ Por qué el Hidrógeno? Combustibles alternativos para el transporte ¿¿ Por quPor quéé el Hidrel Hidróógeno?geno? Combustibles alternativos paraCombustibles alternativos para el transporteel transporte
  • 21. 2121 La necesidad de combustibles alternativosLa necesidad de combustibles alternativosLa necesidad de combustibles alternativos MOTIVACIONES 1. Asegurar la disponibilidad de recursos energéticos • Más del 98% del transporte por carretera depende del petróleo. • Se prevé un fuerte incremento de la demanda. • Los recursos se localizan en zonas políticamente inestables. 2. Reducir el impacto medioambiental: • Reducción emisiones de carácter local (CO, HC, NOx, partículas) • Reducción de emisiones de efecto invernadero (CO2) MOTIVACIONESMOTIVACIONES 1.1. Asegurar la disponibilidad de recursos energAsegurar la disponibilidad de recursos energééticosticos •• MMáás dels del 98% del transporte por carretera depende del petr98% del transporte por carretera depende del petróóleo.leo. •• Se prevSe prevéé un fuerte incremento de la demanda.un fuerte incremento de la demanda. •• Los recursos se localizan en zonas polLos recursos se localizan en zonas polííticamente inestables.ticamente inestables. 2.2. Reducir el impacto medioambiental:Reducir el impacto medioambiental: •• ReducciReduccióón emisiones de carn emisiones de caráácter local (CO, HC, NOcter local (CO, HC, NOxx, part, partíículas)culas) •• ReducciReduccióón de emisiones de efecto invernadero (COn de emisiones de efecto invernadero (CO22)) El Ciclo de Vida del combustibleEl Ciclo de Vida del combustible ““Del Pozo a las RuedasDel Pozo a las Ruedas”” ((““WellWell toto WheelsWheels””)) La necesidad de combustibles alternativosLa necesidad de combustibles alternativosLa necesidad de combustibles alternativos
  • 22. 2222 Los Estudios del Pozo a las Ruedas “Well-to-Wheels” Los Estudios del Pozo a las RuedasLos Estudios del Pozo a las Ruedas ““WellWell--toto--WheelsWheels”” del Pozo al Tanquedel Pozo al Tanque del Tanque a la Ruedadel Tanque a la Rueda Consumos energConsumos energíía y Emisiones GEIa y Emisiones GEI Los Estudios del Pozo a las Ruedas “Well-to-Wheels” Los Estudios del Pozo a las RuedasLos Estudios del Pozo a las Ruedas ““WellWell--toto--WheelsWheels”” MotordeMotorde CombustiCombustióónInternanInterna PilasdePilasde CombustibleCombustible
  • 23. 2323 Los Estudios del Pozo a las Ruedas “Well-to-Wheels” Los Estudios del Pozo a las RuedasLos Estudios del Pozo a las Ruedas ““WellWell--toto--WheelsWheels””MotordeMotorde CombustiCombustióónInternanInterna PilasdePilasde CombustibleCombustible Potencial de Producción de Combustibles de Automoción de origen Renovable para Europa después de 2020 - Escenario Alternativo de LBST [EU15] - Potencial de ProducciónPotencial de ProducciPotencial de Produccióónn
  • 24. 2424 Nº de Vehículos de pasajeros que pueden alimentarse a partir de Recursos Energéticos Renovables en Europa después de 2020 [EU15] Potencial de Utilización en AutomociónPotencial de UtilizaciPotencial de Utilizacióón en Automocin en Automocióónn Utilización del Hidrógeno y las Pilas de Combustible para el transporte UtilizaciUtilizacióón del Hidrn del Hidróógeno y las Pilas degeno y las Pilas de Combustible para el transporteCombustible para el transporte BarrerasBarreras • Reducción de la carga de catalizador en ánodo y cátodo. • Aumento de la vida del catalizador. Pilas de Combustible • Almacenamiento de H2 a bordo • Establecimiento de la infraestructura de producción, transporte, distribución y suministro (red de “hidrogeneras”). Hidrógeno
  • 25. 2525 Utilización del Hidrógeno como combustible para el transporte “Hidrógeno Vehicular” Almacenamiento a bordo Utilización del Hidrógeno como combustible para el transporte “Hidrógeno Vehicular” Almacenamiento a bordo Schlapbach & Züttel, Nature, 15 Nov. 2001 ComparaciComparacióón del Volumen de Almacenamiento de 4n del Volumen de Almacenamiento de 4 kgkg HH22 en un vehen un vehíículoculo Almacenamiento del Hidrógeno a bordoAlmacenamiento del HidrAlmacenamiento del Hidróógeno a bordogeno a bordo
  • 26. 2626 General Motors Gravimetric Energy Density vs. Volumetric Energy Density of Fuel Cell Hydrogen Storage Systems General MotorsGeneral Motors Gravimetric Energy Density vs. Volumetric Energy DensityGravimetric Energy Density vs. Volumetric Energy Density of Fuel Cell Hydrogen Storage Systemsof Fuel Cell Hydrogen Storage Systems 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 5 10 20 25 30 Volumetric Energy Density MJ/lVolumetric Energy Density MJ/l GravimetricEnergyDensityGravimetricEnergyDensity MJ/kgMJ/kg LH2 SysWt% 4.2CGH2 SysWt% 3.7 700bar Advanced LH2 Tank SysWt% 8.2 HT+ MT- Metal Hydrides SysWt% 3.3 - 3.4 LT- Metal Hydride SysWt% 1.2 15 DOE-Goal: SysWt%6.0 . = Minimum Performance Goal= Minimum Performance Goal = Ultimate Technology Goal= Ultimate Technology Goal Gasolina Almacenamiento del Hidrógeno a bordoAlmacenamiento del HidrAlmacenamiento del Hidróógeno a bordogeno a bordo Transporte de Hidrógeno Logística de Distribución de Hidrógeno. Transporte de Hidrógeno Logística de Distribución de Hidrógeno.
  • 27. 2727 ALMACENAMIENTO Y DISTRIBUCIONALMACENAMIENTO Y DISTRIBUCIONALMACENAMIENTO Y DISTRIBUCION Logística de Distribución de HidrógenoLogLogíística de Distribucistica de Distribucióón de Hidrn de Hidróógenogeno Transporte y Distribución del HidrógenoTransporte y DistribuciTransporte y Distribucióón del Hidrn del Hidróógenogeno El transporte de hidrógeno por gasoducto requiere 4,6 veces más energía que el transporte del gas natural (por unidad de energía transportada) El transporte de hidrógeno por gasoducto requiere 4,6 veces más energía que el transporte del gas natural (por unidad de energía transportada) El transporte de hidrógeno licuado por barco o camión a largas distancias, lleva asociadas altas pérdidas de energía por evaporación El transporte de hidrógeno licuado por barco o camión a largas distancias, lleva asociadas altas pérdidas de energía por evaporación La utilización de hidrógeno para fines energéticos a largo plazo se basará en la construcción e interconexión de una infraestructura de producción distribuida, además de la producción centralizada La utilización de hidrógeno para fines energéticos a largo plazo se basará en la construcción e interconexión de una infraestructura de producción distribuida, además de la producción centralizada
  • 28. 2828 Utilización de Pilas de Combustible en el transporte Transporte Terrestre Utilización de Pilas de Combustible en el transporte Transporte Terrestre 11 22 33 44 55 66 Algunos coches propulsados por pila de combustible: 1- Honda Clarity ; 2- Mercedes Clase B; 3- Toyota FCHV adv: 4- Kia Borrege FCEV; 5- GM Hydrogen4; 6- Cadillac Provoq; Algunos coches propulsados por pila de combustible: 1- Honda Clarity ; 2- Mercedes Clase B; 3- Toyota FCHV adv: 4- Kia Borrege FCEV; 5- GM Hydrogen4; 6- Cadillac Provoq; Pilas de Combustible: Transporte Terrestre - Coches Pilas de Combustible:Pilas de Combustible: Transporte TerrestreTransporte Terrestre -- CochesCoches http://www.fuelcells.org/info/charts/carchart.pdf ; http://www.hydrogencarsnow.com http://www.h2mobility.org
  • 29. 2929 Algunos coches propulsados por pila de combustible: 7- Ford Fusion H2-999; 8- Tongji Passat; 9- Hyunday e-blue; 10-Peugeot ePURE; 11- Suzuki Wagon ; 12- Audi A2 Algunos coches propulsados por pila de combustible: 7- Ford Fusion H2-999; 8- Tongji Passat; 9- Hyunday e-blue; 10-Peugeot ePURE; 11- Suzuki Wagon ; 12- Audi A2 77 88 99 1010 1111 1212 Pilas de Combustible: Transporte Terrestre - Coches Pilas de Combustible:Pilas de Combustible: Transporte TerrestreTransporte Terrestre -- CochesCoches 11 22 33 44 55 66 Algunos autobuses propulsados por pila de combustible: 1- Daimler-Chrisler-Citaro; 2- Irisbus -Citycell; 3- Toyota Hino; 4- Tsingua Univ.; 5- MAN-Argemuc; 6- Autotram; Algunos autobuses propulsados por pila de combustible: 1- Daimler-Chrisler-Citaro; 2- Irisbus -Citycell; 3- Toyota Hino; 4- Tsingua Univ.; 5- MAN-Argemuc; 6- Autotram; Pilas de Combustible: Transporte Terrestre - Autobuses Pilas de Combustible:Pilas de Combustible: Transporte TerrestreTransporte Terrestre -- AutobusesAutobuses http://www.fuelcells.org/info/charts/buses.pdf; http://www.h2mobility.org
  • 30. 3030 Algunos autobuses propulsados por pila de combustible: 7- Scania; 8- Thor ThunderPower; 9- Proton Motors; 10- Ballard P4 Zebuss; 11- Neoplan; 12- Georgetown University Algunos autobuses propulsados por pila de combustible: 7- Scania; 8- Thor ThunderPower; 9- Proton Motors; 10- Ballard P4 Zebuss; 11- Neoplan; 12- Georgetown University 77 88 99 1010 1111 1212 Pilas de Combustible: Transporte Terrestre - Autobuses Pilas de Combustible:Pilas de Combustible: Transporte TerrestreTransporte Terrestre -- AutobusesAutobuses Algunas motos propulsadas por pila de combustible: 1- Yamaha FC-Dii ; 2- Suzuki Crossage; 3- Yamaha FC-Aqel 4- Honda Cub; 5- Intelligent Energy ENV; 6- Japan Steel Works Algunas motos propulsadas por pila de combustible: 1- Yamaha FC-Dii ; 2- Suzuki Crossage; 3- Yamaha FC-Aqel 4- Honda Cub; 5- Intelligent Energy ENV; 6- Japan Steel Works 11 22 33 44 55 66 Pilas de Combustible: Transporte Terrestre - Motocicletas Pilas de Combustible:Pilas de Combustible: Transporte TerrestreTransporte Terrestre -- MotocicletasMotocicletas
  • 31. 3131 Pilas de Combustible: Transporte Terrestre - Motocicletas Pilas de Combustible:Pilas de Combustible: Transporte TerrestreTransporte Terrestre -- MotocicletasMotocicletas “Rickshaw” a Hidróogeno Baranas Hindu University (India) “Rickshaw” a Hidróogeno Baranas Hindu University (India) Vehículos especiales propulsados por pila de combustible: 1- Carretilla elevadora Exide-Ballard; 2- Vehículo carga maletas-Besel; 3- Vehículo golf – AJUSA; 4- Delfin - INTA; 5- HyChair - Besel Vehículos especiales propulsados por pila de combustible: 1- Carretilla elevadora Exide-Ballard; 2- Vehículo carga maletas-Besel; 3- Vehículo golf – AJUSA; 4- Delfin - INTA; 5- HyChair - Besel 44 55 11 22 33 Pilas de Combustible: Transporte Terrestre – Vehículos Especiales Pilas de Combustible:Pilas de Combustible: Transporte TerrestreTransporte Terrestre –– VehVehíículos Especialesculos Especiales
  • 32. 3232 Locomotoras propulsadas por pila de combustible: 1- NE Train-Japan Railway Company; 2- Kawasak Fuel Cell Train; 3- BNSFRailway; 4- Rail Power Technologies Locomotoras propulsadas por pila de combustible: 1- NE Train-Japan Railway Company; 2- Kawasak Fuel Cell Train; 3- BNSFRailway; 4- Rail Power Technologies 11 22 33 44 Pilas de Combustible: Transporte Terrestre - Trenes Pilas de Combustible:Pilas de Combustible: Transporte TerrestreTransporte Terrestre -- TrenesTrenes Utilización de Pilas de Combustible en el transporte Transporte Aéreo Utilización de Pilas de Combustible en el transporte Transporte Aéreo
  • 33. 3333 Aviones propulsados por pila de combustible: 1- Antares - DLR; 2- Boeing R&D Europe; 3- Avizor - INTA; 4- Helios – NASA; 5- Ion Tiger – US Navy Aviones propulsados por pila de combustible: 1- Antares - DLR; 2- Boeing R&D Europe; 3- Avizor - INTA; 4- Helios – NASA; 5- Ion Tiger – US Navy 11 22 33 44 55 Pilas de Combustible: Transporte Aereo - Aviones Pilas de Combustible:Pilas de Combustible: TransporteTransporte AereoAereo -- AvionesAviones Utilización de Pilas de Combustible en el transporte Transporte Marítimo Utilización de Pilas de Combustible en el transporte Transporte Marítimo
  • 34. 3434 Algunos barcos propulsados por pila de combustible: 1- Nemo - Amsterdam; 2- Besel HyBoat; 3- Viking Lady (MCFC 320 kW); 4- U212 - HDW Algunos barcos propulsados por pila de combustible: 1- Nemo - Amsterdam; 2- Besel HyBoat; 3- Viking Lady (MCFC 320 kW); 4- U212 - HDW Pilas de Combustible: Transporte Marítimo – Barcos y Submarinos Pilas de Combustible:Pilas de Combustible: Transporte MarTransporte Maríítimotimo –– Barcos y SubmarinosBarcos y Submarinos 1 2 3 4 Aplicaciones del hidrAplicaciones del hidróógeno engeno en generacigeneracióón de potencian de potencia estacionariaestacionaria
  • 35. 3535 Aplicaciones del H2 : • Aumento de la eficiencia y disminución de las emisiones en generación centralizada y distribuida (MCI, turbinas, pilas). • Amortiguar el carácter intermitente de los generadores renovables y aumentar su predictibilidad. • Gestión de la carga (variabilidad diurna y estacional). • Reducir la necesidad de reforzar las líneas de transporte y de distribución. • Calidad del suministro de electricidad (pilas de combustible): Compensación y protección ante fallos en la red. Compensación del voltaje. Recuperación de la frecuencia. Aplicaciones del H2 : • Aumento de la eficiencia y disminución de las emisiones en generación centralizada y distribuida (MCI, turbinas, pilas). • Amortiguar el carácter intermitente de los generadores renovables y aumentar su predictibilidad. • Gestión de la carga (variabilidad diurna y estacional). • Reducir la necesidad de reforzar las líneas de transporte y de distribución. • Calidad del suministro de electricidad (pilas de combustible): Compensación y protección ante fallos en la red. Compensación del voltaje. Recuperación de la frecuencia. H2 en aplicaciones estacionariasHH22 en aplicaciones estacionariasen aplicaciones estacionarias Pilas de Combustible: Emisiones CO2Pilas de Combustible:Pilas de Combustible: Emisiones COEmisiones CO22 Emisiones de CO2 en Pilas de Combustible (combustible GN y ciclo de vida completo) Emisiones de CO2 en Pilas de Combustible (combustible GN y ciclo de vida completo)
  • 36. 3636 Pilas de Combustible: Eficiencia EléctricaPilas de Combustible:Pilas de Combustible: Eficiencia ElEficiencia Elééctricactrica Fuente: IFEU Wupertal Institut Las pilas de combustible alcanzan eficiencias similares a los Ciclos Combinados pero con mucho menor tamaño Las pilas de combustible alcanzan eficiencias similares a los Ciclos Combinados pero con mucho menor tamaño H2 y Pilas de Combustible para Cogeneración Las pilas de combustible estacionarias pueden ocupar el hueco entre las unidades de cogeneración de gran escala y las pequeñas calderas, extendiendo así los beneficios de la cogeneración hasta el ámbito de los edificios H2 y Pilas de Combustible para Cogeneración Las pilas de combustible estacionarias pueden ocupar el hueco entre las unidades de cogeneración de gran escala y las pequeñas calderas, extendiendo así los beneficios de la cogeneración hasta el ámbito de los edificios H2 en aplicaciones estacionarias: PilasHH22 en aplicaciones estacionarias:en aplicaciones estacionarias: PilasPilas
  • 37. 3737 H2 en aplicaciones estacionarias: MCI, TurbinasHH22 en aplicaciones estacionarias:en aplicaciones estacionarias: MCI, TurbinasMCI, Turbinas H2 en Motores de Combustión Interna y Turbinas: • Si hay hidrógeno disponible, podrá utilizarse a corto plazo en MCI adaptados y en Turbinas. • Los objetivos que se están planteando en este caso son los siguientes: Eficiencia del motor al menos 22% Baja emisión de NOx. H2 en Motores de Combustión Interna y Turbinas: • Si hay hidrógeno disponible, podrá utilizarse a corto plazo en MCI adaptados y en Turbinas. • Los objetivos que se están planteando en este caso son los siguientes: Eficiencia del motor al menos 22% Baja emisión de NOx. Fuente: Proyecto HyICE H2 en aplicaciones estacionarias: CentralizadaHH22 en aplicaciones estacionarias:en aplicaciones estacionarias: CentralizadaCentralizada La clara ventaja de usar hidrógeno en pilas de combustible estacionarias en Generación Centralizada es que la alta eficiencia de las pilas se combina con emisiones nulas de CO2 • El H2 es un elemento clave en los procesos de precombustión para la captura y almacenamiento del CO2 en las plantas de producción eléctrica a partir de carbón. • El H2 y las pilas de combustible pueden integrarse en las plantas GICC para mejorar su eficiencia y disminuir las emisiones. • El H2 es un elemento clave en los procesos de precombustión para la captura y almacenamiento del CO2 en las plantas de producción eléctrica a partir de carbón. • El H2 y las pilas de combustible pueden integrarse en las plantas GICC para mejorar su eficiencia y disminuir las emisiones. Central eléctrica de Elcogas (Puertollano – Ciudad Real) Central elCentral elééctrica dectrica de ElcogasElcogas (Puertollano(Puertollano –– Ciudad Real)Ciudad Real)
  • 38. 3838 H2 en aplicaciones estacionarias: CentralizadaHH22 en aplicaciones estacionarias:en aplicaciones estacionarias: CentralizadaCentralizada Central eléctrica de Elcogas (Puertollano – Ciudad Real) Central elCentral elééctrica dectrica de ElcogasElcogas (Puertollano(Puertollano –– Ciudad Real)Ciudad Real) H2 en aplicaciones estacionarias: DistribuidaHH22 en aplicaciones estacionarias:en aplicaciones estacionarias: DistribuidaDistribuida
  • 39. 3939 Las dos razones principales para el despliegue del hidrógeno en el sector estacionario son: • Derivar H2 para energía en el transporte. • Utilizar H2 para almacenamiento de energía de fuentes intermitentes y para nivelado de la carga (en isla y en red). Las dos razones principales para el despliegue del hidrógeno en el sector estacionario son: • Derivar H2 para energía en el transporte. • Utilizar H2 para almacenamiento de energía de fuentes intermitentes y para nivelado de la carga (en isla y en red). H2 en aplicaciones estacionarias: DistribuidaHH22 en aplicaciones estacionarias:en aplicaciones estacionarias: DistribuidaDistribuida La clara ventaja de usar hidrógeno en pilas de combustible estacionarias en Generación Distribuida es que la alta eficiencia de las pilas se combina con emisiones nulas de CO2 H2 para energía en el transporte. • Los excedentes de producción de electricidad renovable pueden derivarse a la red de distribución de combustibles para el transporte. • El desarrollo de una infraestructura de distribución de hidrógeno para el transporte favorecerá el uso del hidrógeno en pilas estacionarias, aunque estas pilas a corto plazo utilizarán combustibles distintos al hidrógeno (gas natural, gas de síntesis, biogás) H2 para energía en el transporte. • Los excedentes de producción de electricidad renovable pueden derivarse a la red de distribución de combustibles para el transporte. • El desarrollo de una infraestructura de distribución de hidrógeno para el transporte favorecerá el uso del hidrógeno en pilas estacionarias, aunque estas pilas a corto plazo utilizarán combustibles distintos al hidrógeno (gas natural, gas de síntesis, biogás) H2 en aplicaciones estacionarias: DistribuidaHH22 en aplicaciones estacionarias:en aplicaciones estacionarias: DistribuidaDistribuida
  • 40. 4040 H2 para almacenamiento de energía (Integración de Energías Renovables) El Hidrógeno puede proporcionar opciones de almacenamiento para energías renovables de carácter intermitente (FV, eólica), estacional (hidroeléctrica) y permanentes (geotérmica) H2 para almacenamiento de energía (Integración de Energías Renovables) El Hidrógeno puede proporcionar opciones de almacenamiento para energías renovables de carácter intermitente (FV, eólica), estacional (hidroeléctrica) y permanentes (geotérmica) Ventajas • Baja autodescarga • Proceso limpio Ventajas • Baja autodescarga • Proceso limpio Desventajas • Baja eficiencia (<40%) • Coste y Duración Desventajas • Baja eficiencia (<40%) • Coste y Duración Tecnologías competidoras: Baterías, Condensadores, Redox, Volantes inercia, Aire comprimido Tecnologías competidoras: Baterías, Condensadores, Redox, Volantes inercia, Aire comprimido H2 en aplicaciones estacionarias: DistribuidaHH22 en aplicaciones estacionarias:en aplicaciones estacionarias: DistribuidaDistribuida Hidrógeno y ElectricidadHidrHidróógeno y Electricidadgeno y Electricidad Hidrógeno ElectrolizadorElectrolizador Pila dePila de CombustibleCombustible OO22 AguaAgua
  • 41. 4141 Interacción Generación Eólica y Red Interacción Generación Eólica y Red Estabilidad Predictibilidad Estabilidad Predictibilidad Penetración Factor de Capacidad Penetración Factor de Capacidad Generadores eólicosGeneradores eólicos Operador de la redOperador de la red Hidrógeno: Integración de RenovablesHidrHidróógeno: Integracigeno: Integracióón de Renovablesn de Renovables Bus DC Electrolizador H2 H2 H2OH2O Interface Generador Interface Red Electrónica de potencia - Gestión de carga Producción de H2 como carga despachable Producción de H2 como carga despachable Hidrógeno: Integración de RenovablesHidrHidróógeno: Integracigeno: Integracióón de Renovablesn de Renovables Producción de Hidrógeno a partir de Energía Eólica Producción de Hidrógeno a partir de Energía Eólica
  • 42. 4242 Bus DC Batería Pila Combust. MCI, Turbina H2 H2 H2OH2O H2 para electricidad despachable H2 para electricidad despachable Electrónica de potencia - Gestión de carga Interface Generador Interface Red Electrolizador Hidrógeno: Integración de RenovablesHidrHidróógeno: Integracigeno: Integracióón de Renovablesn de Renovables Producción de Hidrógeno a partir de Energía Eólica Producción de Hidrógeno a partir de Energía Eólica Proyecto de la isla de UTSIRA (Noruega)Proyecto de la isla de UTSIRA (Noruega)
  • 43. 4343 RES2H2 Integration of RES into European energy sectors using H2 ( EC-5FP, Contract nº ENK5-CT-2001-00536 ) RES2H2 Integration of RES into European energy sectors using H2 ( EC-5FP, Contract nº ENK5-CT-2001-00536 ) Energíaeólica Osmosis inversa Electrólisis Agua Oxigeno Hidrógeno Pila Redeléctrica Proyecto RES2H2: Islas Canarias y GriegasProyecto RES2H2: Islas Canarias y Griegas Otros usos del Hidrógeno en aplicaciones estacionarias Otros usos del Hidrógeno en aplicaciones estacionarias
  • 44. 4444 Otros usos del H2 en aplicaciones estacionariasOtros usos del HOtros usos del H22 en aplicaciones estacionariasen aplicaciones estacionarias Mezclas H2 - Gas Natural • En principio el hidrógeno puede utilizarse en todos los equipos que usan gas natural. • El hidrógeno puede mezclarse con el gas natural y distribuirse a través de las tuberías de GN (Haines et al, 2004) : Hasta un 3% vol. (1% en términos de energía) sin cambios en los dispositivos. Hasta el 12% vol. (4% en términos de energía) sin cambios en los dispositivos de uso de GN contemplados en la normativa europea de 1998 Los gasoductos de GN podrían manejar hasta un 25% vol. (9% en términos de energía), pero se requieren modificaciones en los dispositivos de uso final de la mezcla. Mezclas H2 - Gas Natural • En principio el hidrógeno puede utilizarse en todos los equipos que usan gas natural. • El hidrógeno puede mezclarse con el gas natural y distribuirse a través de las tuberías de GN (Haines et al, 2004) : Hasta un 3% vol. (1% en términos de energía) sin cambios en los dispositivos. Hasta el 12% vol. (4% en términos de energía) sin cambios en los dispositivos de uso de GN contemplados en la normativa europea de 1998 Los gasoductos de GN podrían manejar hasta un 25% vol. (9% en términos de energía), pero se requieren modificaciones en los dispositivos de uso final de la mezcla. Sistemas regenerativos con pilas de combustibleSistemas regenerativos con pilas de combustible Aplicaciones: • Espacio • Telecomunicación • Generación dispersa Aplicaciones: • Espacio • Telecomunicación • Generación dispersa Otros usos del H2 en aplicaciones estacionariasOtros usos del HOtros usos del H22 en aplicaciones estacionariasen aplicaciones estacionarias Hidrógeno y Pilas de Combustible en Sistemas Remotos Hidrógeno y Pilas de Combustible en Sistemas Remotos
  • 45. 4545 HidrHidróógenogeno SolarSolar 19901990 ––19951995 ””El ArenosilloEl Arenosillo”” (Huelva)(Huelva) Programa INTA en Hidrógeno y Pilas de CombustiblePrograma INTA en HidrPrograma INTA en Hidróógeno y Pilas de Combustiblegeno y Pilas de Combustible 7.5 kWp Campo PV 6 bar H2250 bar Electrolizador Alcalino 1 Nm3 H2/h CGH2 Hidruros Metálicos Programa INTA en Hidrógeno y Pilas de CombustiblePrograma INTA en HidrPrograma INTA en Hidróógeno y Pilas de Combustiblegeno y Pilas de Combustible Hidrógeno y Pilas de Combustible en Sistemas RemotosHidrógeno y Pilas de Combustible en Sistemas Remotos
  • 46. 4646 Sistema Remoto = Sistema alejado de las líneas eléctricasSistema Remoto = Sistema alejado de las líneas eléctricas Sistema Remoto = Sistema alejado de las líneas eléctricasSistema Remoto = Sistema alejado de las líneas eléctricas
  • 47. 4747 Sistema Remoto = Sistema alejado de las líneas eléctricasSistema Remoto = Sistema alejado de las líneas eléctricas Generación dispersa de electricidad Renovables, Hidrógeno y Pilas de Combustible Sistema Remoto = Sistema alejado de las líneas eléctricasSistema Remoto = Sistema alejado de las líneas eléctricas