Pilas de Combustible & Cogeneración

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Funcionamiento de las pilas de combustible y de la cogeneración como fuentes de energía.

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Pilas de Combustible & Cogeneración

  1. 1. PILAS DE COMBUSTIBLE COGENERACIÓN
  2. 2. PILAS DE COMBUSTIBLE 1. Funcionamiento. 2. Ventajas y desventajas. 3. Aplicaciones. COGENERACIÓN 1. Funcionamiento. 2. Ventajas y desventajas. 3. Aplicaciones.
  3. 3. PILAS DE COMBUSTIBLE FUNCIONAMIENTO En 1838, Christian Friedrich Schoenbein descubrió los principios básicos de la pila de combustible. En 1839, Sir William Robert Grove usó cuatro celdas grandes, con H2 y O2 para producir energía eléctrica que a su vez se podía usar para generar hidrógeno y oxígeno (en la celda superior, más pequeña); fueron los primeros prototipos de laboratorio (en 1845 fue la demostración definitiva).
  4. 4. PILAS DE COMBUSTIBLE FUNCIONAMIENTO
  5. 5. PILAS DE COMBUSTIBLE FUNCIONAMIENTO
  6. 6. PILAS DE COMBUSTIBLE FUNCIONAMIENTO Principales tipos de pilas de combustible y sus características Tipo y Siglas en inglés Electrolito Temperatura Combustible Aplicaciones poliméricas (PEMa) Nafion 60-100 ºC H2 transporte equipos portátiles electricidad alcalinas (AFC) KOH (aq.) 90-100 ºC H2 militares espaciales de ácido fosfórico (PAFC) H3PO4 175-200 ºC H2 electricidad de carbonatos fundidos (MCFC) carbonatos Li, Na, K 600-1000 ºC H2 electricidad de óxido sólido (SOFC) (Zr,Y)O2 800-1000 ºC H2 electricidad CH3OH transporte equipos portátiles electricidad conversión directa de metanol (DMFC) Nafion 60-100 ºC Ventajas Desventajas baja temperatura, arranque la baja temp. requiere rápido, electrolito sólido catalizadores caros (Pt) y (reduce corrosión, fugas, H2 puro etc.) mejores prestaciones de requiere eliminar el CO2 corriente debido a su rápida de aire y combustible. reacción catódica eficiencia de hasta un 85% catalizador de Pt, (con cogeneración de calor corriente y potencia y electricidad), posibilidad bajas, de usar H2 impuro como peso y tamaño elevados combustible las altas temperaturas ventajas derivadas de las aumentan la corrosión y altas temperaturasb ruptura de componentes ventajas derivadas de las las altas temperaturas altas temperaturasb, facilitan la ruptura de electrolito sólido (reduce componentes (sellos...) corrosión, fugas, etc.) combustible líquido, más cercano a la tecnología actual, mas las ventajas de las PEM a) PEM (Proton Exchange Membrane, o Polymer Electrolyte Membrane). b) Mejor conductividad y mayor corriente, mayor eficiencia, posibilidad de usar catalizadores más baratos que el platino y flexibilidad para usar otro tipo de combustibles (incluso hidrocarburos).
  7. 7. PILAS DE COMBUSTIBLE VENTAJAS Y DESVENTAJAS BENEFICIOS + Suma limpieza: sólo desprenden vapor de agua y calor. + Mayor rendimiento: dobla el de los motores de explosión usuales. + Hidrógeno como reserva energética. PROBLEMAS - Materiales caros y/o poco abundantes: platino, Nafion... - Hidrógeno puro no se encuentra en la naturaleza: gasto económico y energético (combustible “secundario”). Posible contaminación. - Conservación del hidrógeno en estado líquido a 20º Kelvin a presión atmosférica: baja la eficiencia y aumenta el peso del vehículo. - Problemas con el transporte y distribución del hidrógeno: resulta más conveniente utilizar el hidrógeno en su lugar de producción.
  8. 8. PILAS DE COMBUSTIBLE APLICACIONES AUTOMOCIÓN
  9. 9. PILAS DE COMBUSTIBLE APLICACIONES AUTOMOCIÓN
  10. 10. PILAS DE COMBUSTIBLE APLICACIONES AUTOMOCIÓN
  11. 11. PILAS DE COMBUSTIBLE APLICACIONES FÁBRICA DE ENERGÍA EN CASA
  12. 12. PILAS DE COMBUSTIBLE APLICACIONES APARATOS PORTÁTILES
  13. 13. COGENERACIÓN FUNCIONAMIENTO La cogeneración no es una tecnología sino un concepto de producción eficiente de energía. La eficiencia de la cogeneración se basa en el aprovechamiento del calor residual de un proceso de producción de electricidad. Este calor residual se aprovecha para producir energía térmica útil (vapor, agua caliente, aceite térmico, agua fría para refrigeración, etc.). Por este motivo los sistemas de cogeneración están ligados a un centro consumidor de esta energía térmica. Los sistemas de cogeneración son sistemas de producción conjunta de electricidad (o energía mecánica) y de energía térmica útil partiendo de un único combustible. Este aprovechamiento simultáneo de electricidad y calor permite obtener elevados índices de ahorro energético, así como una disminución importante de la factura energética, sin alterar el proceso productivo. La cogeneración es un sistema conocido que ha demostrado durante décadas su fiabilidad y eficiencia técnica, aunque su viabilidad económica ha ido fluctuando según la estructura de los precios y la oferta energética disponible.
  14. 14. COGENERACIÓN FUNCIONAMIENTO
  15. 15. COGENERACIÓN FUNCIONAMIENTO La cogeneración como medida de uso racional de la energía produce un ahorro de energía primaria muy importante. Debido al aprovechamiento del calor residual, los sistemas de cogeneración presentan rendimientos globales del orden del 85%. Así pues, existe un importante ahorro de energía primaria que puede ser cuantificado de forma aproximada tal como se refleja en el esquema. Este ahorro energético se incrementa notablemente si se utilizan energías residuales. Además, esta tecnología reduce el impacto ambiental debido al ahorro de energía primaria que implica. Si tenemos en cuenta que para producir una unidad eléctrica por medios convencionales se necesitan 3 unidades térmicas, mientras que en cogeneración se necesitan 1,5 unidades, la cantidad total de agentes contaminantes emitidos se verá disminuida en un 50%.
  16. 16. COGENERACIÓN FUNCIONAMIENTO Sistemas de Cogeneración 1. Sistemas con turbina de gas: se quema combustible en un turbogenerador, cediendo parte de su energía para producir energía mecánica. Los gases que salen de la turbina (a unos 500ºC) se pueden aprovechar directamente para secado o bien producir vapor (ciclo simple). 2. Sistemas con turbina de vapor: la energía mecánica se produce por la expansión del vapor de alta presión procedente de una caldera convencional. 3. Cogeneración con ciclo combinado: la aplicación conjunta de una turbina de gas y una turbina de vapor. 4. Sistemas basados en motores alternativos: el elemento motriz es un motor de explosión, mientras que el calor recuperable se encuentra en forma de gases calientes y agua caliente ( Circuito Refrigeración).
  17. 17. COGENERACIÓN VENTAJAS Y DESVENTAJAS La cogeneración de alta eficiencia, al producir conjuntamente calor y electricidad en el centro de consumo térmico, aporta los siguientes beneficios: 1. Disminución de los consumos de energía primaria. 2. Disminución de las importaciones de combustible (ahorros en la balanza de pagos del país). 3. Reducción de emisiones de gases de efecto invernadero. (Herramienta para el cumplimiento del Protocolo de Kyoto) 4. Disminución de pérdidas en el sistema eléctrico e inversiones en transporte y distribución. 5. Aumento de la garantía de potencia y calidad del servicio eléctrico. 6. Aumento de la competitividad industrial y de la competencia en el sistema eléctrico. 7. Promoción de pequeñas y medianas empresas de construcción y operación de plantas de cogeneración.
  18. 18. COGENERACIÓN VENTAJAS Y DESVENTAJAS Las centrales de cogeneración de electricidad-calor pueden alcanzar un rendimiento energético del orden del 90%. El procedimiento es más ecológico, ya que durante la combustión el gas natural libera menos dióxido de carbono (CO2) y óxidos de nitrógeno (NOX) que el petróleo o el carbón. Es el proceso más eficiente y menos contaminante para producir electricidad a partir de gas natural y derivados del petróleo.
  19. 19. COGENERACIÓN VENTAJAS Y DESVENTAJAS TIPO TURBINA DE GAS TURBINA DE VAPOR MOTOR ALTERNATIVO • • • • • • • • • • • • • • • • VENTAJAS Amplia gama de aplicaciones. Muy fiable. Elevada temperatura de la energía térmica. Rango desde 0,5 a 100 MW. Gases con alto contenido en oxígeno. Rendimiento global muy alto. Extremadamente segura. Posibilidad de emplear todo tipo de combustibles. Larga vida de servicio. Amplia gama de potencias. Coste elevado. Elevada relación electricidad / calor. Alto rendimiento eléctrico. Bajo coste. Tiempo de vida largo. Capacidad de adaptación a variaciones de la demanda. DESVENTAJAS • Limitación en los combustibles • Tiempo de vida relativamente corto • Baja relación electricidad / calor. • No es posible alcanzar altas potencias eléctricas. • Puesta en marcha lenta. • Alto coste de mantenimiento. • Energía térmica muy distribuida y a baja temperatura.
  20. 20. COGENERACIÓN APLICACIONES La cogeneración puede aplicarse a cualquier tipo de instalación, basta con que el usuario tenga necesidades térmicas (vapor, agua caliente, gases calientes, frío, etc.) de mediadas a altas durante un periodo de tiempo prolongado (más de 5000 horas/año), o bien produzca combustibles residuales o afluentes térmicos de suficiente nivel. Se puede aplicar a diferentes sectores, pero el industrial es el que cuenta con mayores oportunidades para implantar esta tecnología debido a su utilización en todo tipo de industrias que necesiten vapor, agua caliente, gases calientes, etc., con el suficiente nivel de demanda. En el sector industrial los subsectores potencialmente cogenerados son: Químico Papel y Cartón Petroquímico Alimentario Siderurgia Textil Cerámico Ladrillos Automoción Madera
  21. 21. COGENERACIÓN APLICACIONES
  22. 22. Héctor Girón Alonso

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