aplicaciones energéticas del hidrógeno_a.gonzález garcía-conde

11

Aplicaciones energéticas del hidrógenoAplicaciones Aplicaciones energenergééticasticas del hidrdel hidróógenogeno

Antonio González García-CondePresidente de la Asociación Española del Hidrógeno

Director Departamento Aerodinámica y Propulsión – INTA

Antonio GonzAntonio Gonzáález Garclez Garcííaa--CondeCondePresidente de la AsociaciPresidente de la Asociacióón Espan Españñola del Hidrola del Hidróógenogeno

Director Departamento AerodinDirector Departamento Aerodináámica y Propulsimica y Propulsióón n –– INTAINTA

Curso de verano:Curso de verano:

““EnergEnergíía y Cata y Catáálisis: nuevos retos para un desarrollo lisis: 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.

22

Aplicaciones energéticas del hidrógenoAplicaciones energAplicaciones energééticas del hidrticas del hidróógenogeno

Aplicaciones energéticas del hidrógenoAplicaciones energAplicaciones energééticas del hidrticas del hidróógenogeno

33

Aplicaciones del hidrAplicaciones del hidróógeno geno en el Transporteen el Transporte

Aplicaciones en el Espacio

Aplicaciones en el Espacio

44

Un viaje a la Estación Espacial Internacional

Un viaje a la EstaciUn viaje a la Estacióón Espacial n Espacial InternacionalInternacional

Por favor, abróchense los cinturones.

Por favor, abrPor favor, abróóchense los chense 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 !

77

Aplicaciones:Aplicaciones: ESPACIOESPACIO

Programa Programa ““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

•• 3 3 stacksstacks en paraleloen paralelo

•• TecnologTecnologíía SPE (General Electric)a SPE (General Electric)

•• 1 1 kWkW, 30 , 30 kgkg, 30 , 30 ººC.C.

•• 0.5 l 0.5 l H2OH2O//kWhkWh

Pilas de CombustiblePilas de Combustible

Aplicaciones:Aplicaciones: ESPACIOESPACIOPrograma Programa ““ApolloApollo””



• Tecnología Alcalina

• 1.420 kW, 110 kg, 204 ºC,

• 0.34 l H2O/kWh


•• TecnologTecnologíía Alcalina a Alcalina

•• 1.420 1.420 kWkW, 110 , 110 kgkg, 204 , 204 ººC, C,

•• 0.34 l 0.34 l H2OH2O//kWhkWh


88

Aplicaciones:Aplicaciones: ESPACIOESPACIO


• Tecnología Alcalina

• 12 kWp, 91 kg, 85 ºC.


•• TecnologTecnologíía Alcalina a Alcalina

•• 12 12 kWpkWp, 91 , 91 kgkg, 85 , 85 ººC.C.

SpaceSpace ShuttleShuttle OrbiterOrbiter



1010

¿Qué son las Pilas de Combustible?

¿¿QuQuéé son las Pilas de son las Pilas de Combustible?Combustible?

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


DefiniciDefinicióónnUna Pila de Combustible es un dispositivo Una Pila de Combustible es un dispositivo electroquelectroquíímicomico que que convierte convierte

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

Combustióncon oxígeno

Generadorη ≈ 1


1212


Principio de básico de funcionamiento(Pilas PEM)

800-1000

600-650

200-220

50-100

70-80

80-100

T T 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

40-50Polímeros

(PEM)

30-40Metanol Directo (DMFC)

50-65Oxido sólidos (SOFC)

45-60Carbonatos (MCFC)

40-45Ácido Fosfórico (PAFC)

60Alcalina(AFC)

RendimientoRendimiento(%)(%)

TecnologTecnologííaa

Pilas de Combustible: TiposPilas de Combustible: TiposPilas de Combustible: Tipos

1313

Pilas de Combustible: TiposPilas de Combustible: TiposPilas de Combustible: Tipos


ComponentesComponentes (Pilas PEM)(Pilas PEM)

MEMBRANAS y MEMBRANAS y ELECTRODOSELECTRODOS

1414

MEAMEA

Unidad básica conversión electroquímica

MONOCELDAMONOCELDA

MEA + placas terminales



STACKSTACKApilamiento de varias Apilamiento de varias monoceldasmonoceldasconectadas elconectadas elééctricamentectricamente

Pilas PEM 2,5 y 5 kWINTA (1996)

Pilas PEM 2,5 y 5 Pilas PEM 2,5 y 5 kWkWINTA (1996)INTA (1996)


PLACAS BIPOLARESPLACAS BIPOLARESSeparaciSeparacióónn--DistribuciDistribucióón Gasesn GasesConducciConduccióón de corrienten de corriente

PLACAS TERMINALESPLACAS TERMINALESActActúúan de terminales elan de terminales elééctricosctricosy empaquetan el conjuntoy empaquetan el conjunto


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 recuperadopara otros usos.


Curva VCurva V--II


Potencia P=VIPotencia P=VI

Características de operación

1,231,23

1,001,00

V=VV=Vidid--ηηoo--ηηactact--ηηΩΩ--ηηccvv

ii

PP

iii (i (mAmA/cm/cm22)) i (i (mAmA/cm/cm22))

ηηoo

ηηactact

ηηΩΩ

ηηcc

1616

Ni800-1000

600-650

200-220

50-100

70-80

80-100

T T 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

Catalizador Catalizador áánodonodo

Polímeros(PEM)

Pt sobre CMetanol 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 Combustible Pilas 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



1717

Potencia Potencia vsvs RendimientoRendimiento



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


Potencia y Potencia y EnergEnergíía a

desacopladasdesacopladas

A carga A carga parcial mparcial máás s rendimientorendimiento

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 75 Stack 75 kWkW

(EVS-21 – Monaco -2005)

Intelligent Energy – Sistema PC 10 kWIntelligentIntelligent EnergyEnergy –– Sistema PC 10 Sistema PC 10 kWkW

Procesador de Combustible

“STACK” Acondicionador

de Potencia

Sistema de recuperación de calor

y potencia

CombustibleCombustibleGas rico Gas rico

en Hen H22

CCCC CACA

Gas de ColaGas de Cola

Calor Calor ResidualResidual

CACA

Sistemas con pila de combustibleSistemas con pila de combustible


Aplicaciones Transporte Aplicaciones Transporte (Automoci(Automocióón)n)

Aplicaciones EstacionariasAplicaciones Estacionarias

HH22

1919

Utilización del Hidrógeno como combustible para el transporte

Sistemas de propulsión


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 H2H2

MCI a Hidrógeno

2020

Sistemas de propulsión y Combustibles para un transporte sostenible

Sistemas de propulsiSistemas de propulsióón y Combustibles n 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 para Combustibles alternativos para el transporteel transporte

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

2222

Los Estudios del Pozo a las Ruedas “Well-to-Wheels”

Los Estudios del Pozo a las Ruedas Los 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



Mot

or d

e M

otor

de

Com

bust

iC

ombu

sti óó

n I

nte

rna

n I

nte

rna

Pila

s de

P

ilas

de

Com

bust

ible

Com

bust

ible

2323



Mot

or d

e M

otor

de

Com

bust

iC

ombu

sti óó

n I

nte

rna

n I

nte

rna

Pila

s de

P

ilas

de

Com

bust

ible

Com

bust

ible

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

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 de geno 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

2525


“Hidrógeno Vehicular”

Almacenamiento a bordo


“Hidrógeno Vehicular”

Almacenamiento a bordo

Schlapbach & Züttel, Nature, 15 Nov. 2001

ComparaciComparacióón del Volumen de Almacenamiento de 4 n 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

2626

General MotorsGravimetric Energy Density vs. Volumetric Energy Density

of Fuel Cell Hydrogen Storage Systems

General MotorsGeneral MotorsGravimetric 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 30Volumetric Energy Density MJ/lVolumetric Energy Density MJ/l

Gra

vim

etric

Ene

rgy

Den

sity

G

ravi

met

ric E

nerg

y D

ensi

ty

MJ/

kgM

J/kg LH2

SysWt% 4.2CGH2 SysWt% 3.7700bar

AdvancedLH2 TankSysWt% 8.2

HT+ MT- Metal HydridesSysWt% 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.

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

2828

Utilización de Pilas de Combustible en el transporte

Transporte Terrestre


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.comhttp://www.h2mobility.org

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

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-Aqel4- 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-Aqel4- 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

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

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


Transporte Aéreo


Transporte Aéreo

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:Transporte Transporte AereoAereo -- AvionesAviones


Transporte Marítimo


Transporte Marítimo

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 en geno en generacigeneracióón de potencia n de potencia

estacionariaestacionaria

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)

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

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 de ctrica de ElcogasElcogas(Puertollano (Puertollano –– Ciudad Real)Ciudad Real)

3838

H2 en aplicaciones estacionarias: CentralizadaHH22 en aplicaciones estacionarias: en aplicaciones estacionarias: CentralizadaCentralizada

Central eléctrica de Elcogas(Puertollano – Ciudad Real)Central elCentral elééctrica de ctrica de ElcogasElcogas(Puertollano (Puertollano –– Ciudad Real)Ciudad Real)

H2 en aplicaciones estacionarias: DistribuidaHH22 en aplicaciones estacionarias: en aplicaciones estacionarias: DistribuidaDistribuida

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).


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)


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


Hidrógeno y Electricidad HidrHidróógeno y Electricidad geno y Electricidad

Hidrógeno

ElectrolizadorElectrolizador Pila de Pila de CombustibleCombustible

OO22

AguaAgua

4141

Interacción Generación Eólica y Red

Interacción Generación Eólica y Red

Estabilidad

Predictibilidad

Estabilidad

PredictibilidadPenetración

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

H2H2

H2OH2O

InterfaceGenerador

InterfaceRed

Electrónica de potencia - Gestión de carga

Producción de H2como carga despachable

Producción de H2como carga despachable


Producción de Hidrógeno a partir de Energía EólicaProducción de Hidrógeno a partir de Energía Eólica

4242

Bus DC

Batería Pila Combust.

MCI, Turbina

H2H2

H2OH2O

H2 para electricidad despachable

H2 para electricidad despachable

Electrónica de potencia - Gestión de carga

InterfaceGenerador

InterfaceRed

Electrolizador


Producción de Hidrógeno a partir de Energía EólicaProducción de Hidrógeno a partir de Energía Eólica

Proyecto de la isla de UTSIRA (Noruega)Proyecto de la isla de UTSIRA (Noruega)

4343

RES2H2Integration of RES into European energy sectors using H2

( EC-5FP, Contract nº ENK5-CT-2001-00536 )

RES2H2Integration of RES into European energy sectors using H2

( EC-5FP, Contract nº ENK5-CT-2001-00536 )

Ener

gía

eólic

a

Osmosis inversa

Electrólisis

Agua

Oxigeno

Hidrógeno

Pila

Red

elé

ctri

ca

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

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

4545

HidrHidróógenogeno SolarSolar1990 1990 ––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

4646

Sistema Remoto = Sistema alejado de las líneas eléctricasSistema Remoto = Sistema alejado de las líneas eléctricas


4747


Generación dispersa de electricidad

Renovables, Hidrógeno y Pilas de CombustibleSistema Remoto = Sistema alejado de las líneas eléctricasSistema Remoto = Sistema alejado de las líneas eléctricas