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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 !
55
66
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””
(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
•• 3 3 stacksstacks en paraleloen paralelo
•• TecnologTecnologíía Alcalina a Alcalina
•• 1.420 1.420 kWkW, 110 , 110 kgkg, 204 , 204 ººC, C,
•• 0.34 l 0.34 l H2OH2O//kWhkWh
Pilas de CombustiblePilas de Combustible
88
Aplicaciones:Aplicaciones: ESPACIOESPACIO
• 2 stacks en paralelo
• Tecnología Alcalina
• 12 kWp, 91 kg, 85 ºC.
•• 2 2 stacksstacks en paraleloen paralelo
•• TecnologTecnologíía Alcalina a Alcalina
•• 12 12 kWpkWp, 91 , 91 kgkg, 85 , 85 ººC.C.
SpaceSpace ShuttleShuttle OrbiterOrbiter
(132 misiones, 1981(132 misiones, 1981--2010)2010)
Pilas de CombustiblePilas de Combustible
99
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
Pilas de CombustiblePilas de Combustible
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
Pilas de CombustiblePilas de Combustible
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
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
Pilas de CombustiblePilas de Combustible
ComponentesComponentes (Pilas PEM)(Pilas PEM)
MEMBRANAS y MEMBRANAS y ELECTRODOSELECTRODOS
1414
MEAMEA
Unidad básica conversión electroquímica
MONOCELDAMONOCELDA
MEA + placas terminales
Pilas de CombustiblePilas de Combustible
ComponentesComponentes (Pilas PEM)(Pilas PEM)
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)
Pilas de CombustiblePilas de Combustible
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
ComponentesComponentes (Pilas PEM)(Pilas PEM)
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.
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--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
Pilas de CombustiblePilas de Combustible
Características de operación
1717
Potencia Potencia 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 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
Pilas de CombustiblePilas 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
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 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
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””
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
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Com
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ible
Com
bust
ible
2323
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””
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
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 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
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.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
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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
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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
Utilización de Pilas de Combustible en el transporte
Transporte Aéreo
Utilización de Pilas de Combustible en el transporte
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
Utilización de Pilas de Combustible en el transporte
Transporte Marítimo
Utilización de Pilas de Combustible en el transporte
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
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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)
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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
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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
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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 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
Hidrógeno: Integración de RenovablesHidrHidróógeno: Integracigeno: Integracióón de Renovablesn de Renovables
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
Hidrógeno: Integración de RenovablesHidrHidróógeno: Integracigeno: Integracióón de Renovablesn de Renovables
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
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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
Sistema Remoto = Sistema alejado de las líneas eléctricasSistema Remoto = Sistema alejado de las líneas eléctricas
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 CombustibleSistema Remoto = Sistema alejado de las líneas eléctricasSistema Remoto = Sistema alejado de las líneas eléctricas