EL HIDROGENO COMO VECTOR ENERGETICO EXPERIENCIA DE EMT DE MADRID EN LA UTILIZACION DE AUTOBUSES CON PILA DE COMBUSTIBLE

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1 EL HIDROGENO COMO VECTOR ENERGETICO EXPERIENCIA DE EMT DE MADRID EN LA UTILIZACION DE AUTOBUSES CON PILA DE COMBUSTIBLE JUAN ÁNGEL TERRÓN DIRECTOR DE MATERIAL MÓVIL E INSTALACIONES MURCIA, 10 DE OCTUBRE DE

2 INFORMACIÓN GENERAL DE EMT MEDIOS HUMANOS: AUTOBUSES: ANTIGÜEDAD MEDIA: VIAJEROS TRANSPORTADOS: KM. RECORRIDOS: trabajadores (5.678 conductores) vehículos 5,23 años 490 millones 103 millones Nº DE LÍNEAS: 209 (171 diurnas + 38 nocturnas) LONG. TOTAL RED LÍNEAS: km Nº DE PARADAS: CONSUMO ANUAL DE GASÓLEO: VELOCIDAD MEDIA COMERCIAL: 54.5 Millones de Litros 13 km/h 2

3 Evolución de la Energía de Tracción Sangre años 1906 Carbón años 1931 Electricida d Gas-oil años > 80 años Gas Natural 1994 > 10 años Biocombustible 1997 Hidrógeno 2003 Bioetanol AÑO 3

4 CARBURANTES ALTERNATIVOS - Libro Verde de la UE sobre Seguridad en el Abastecimiento Energético. Estrategia de carburantes alternativos. Guía inicial Año Biocarburantes (%) Gas Natural (%) Hidrógeno (%) Total (%)

5 EVOLUCION FLOTA ENERGIA ALTERNATIVA Año Biodiesel GNC Etanol Trans. eléctrica Hidrógeno Total (9,3%) (10,1%) (22,0%) 950 (46.3%) 1327 (61,7%) (100%) 5

6 PROYECTOS DE NUEVOS COMBUSTIBLES EN EMT - Bio-combustibles: - biodiesel - bioetanol - Gas Natural Comprimido (GNC) - Hidrogeno: - Pila de Combustible. (CUTE CITYCELL) - Motor de combustión interna. 6

7 AUTOBUSES CON PILA DE COMBUSTIBLE: PROYECTOS CUTE Y CITYCELL 7

8 ESQUEMA DE LA PILA DE COMBUSTIBLE POLIMÉRICA 8

9 CONCEPTO TEÓRICO La finalidad de la oxidación electrocatalítica del H 2 es la obtención de una energía limpia Ánodo: H 2 2 H e - Cátodo: O H + H 2 O Total: H 2 + O 2 H 2 O + electricidad + calor REnergía limpia (ausencia de NO X, SO 2, aromáticos) RElevada eficiencia 9

10 CUTE/ECTOS y CITYCELL: Ciudades participantes CUTE / ECTOS CITYCELL Reykjavik Estocolmo Hamburgo Londres Amsterdam Luxemburgo Stuttgart París Berlín Oporto Madrid Barcelona Madrid Turín 10

11 CUTE/ECTOS y CITYCELL: Tecnologías de vehículos CUTE/ECTOS Vehículos CITARO Autobús DAIMLER-CHRYSLER full power con pila de 205 kw. CITYCELL Vehículo CITYCLASS Autobús IVECO híbrido con pila de 62 kw. 11

12 PROYECTO CUTE: MERCEDES CITARO 12

13 PROYECTO CITYCELL: IVECO CITYCLASS 13

14 AUTOBÚS: PROYECTO CUTE Botellas de hidrógeno Unidad de alimentación aire-hidrógeno Pila de Combustible Aire acondicionado 14 Transmisión Motor eléctrico Componentes auxiliares 14

15 Esquema del autobús CITYCELL 15

16 SISTEMAS DE SEGURIDAD Detectores de colisión: apagan el motor Dispositivos de Descarga de Presión: válvulas sensibles al calor y a la presión: Descargan los depósitos: colector central descarga hidrógeno por encima del techo. 16

17 INTERRUPTORES DE EMERGENCIA 1.- Valvula manual de corte 2.- Seccionador de bateria del puesto de conducción 3.- Interruptor principal de seguridad. 2 1 Seccionador de batería del puesto de conducción 3 Interruptor principal de seguridad 17

18 LA OBTENCIÓN DEL HIDRÓGENO PARA AUTOMOCIÓN Procedimientos principales 1º.- A partir de hidrocarburos (gas natural, naftas, etc.) y alcoholes (metanol, etanol, etc) a) Steam reforming b) Oxidación parcial c) Autothermal reforming 2º.- A partir de agua Electrólisis 18

19 ESTACION DE SERVICIO DE HIDROGENO Esquema de Funcionamiento Almacenamiento presión intermedia: Almacenamiento complementario: H 2 complementario Fábricas ALE Reformador Surtidor 350 bar Compresor 19

20 ESTACIÓN DE SERVICIO DE HIDRÓGENO Compresor Reformador Almacenamiento Dispensador. 20

21 REFORMADOR 21

22 REFORMADOR Reformador: Suministrador: Proceso: Alimentación: Capacidad producción: Operación: Presión salida H2: 12,0 x 3,0 x 3,5 m Rütgers-Carbotech Engineering GmbH Reformado con vapor de agua Gas Natural (1 bar) 50 Nm 3 /h (H 2 ) Automática 200 bar Compresor de 1 etapa: Diafragma (Hofer( Hofer) Consumo de GN: Consumo de agua: 22 Nm 3 /h 100 l/h 22

23 PROYECTOS CUTE/ECTOS Y CITYCELL: CALIDAD DEL H 2 αcontenidos de impurezas (concentraciones molares) 23 COMPONENTES Límites máximos Gases inertes (He+Ar+N 2 ) < 1% Hidrocarburos totales (incluso aceite) < 1 ppm Oxígeno < 500 ppm CO+CO 2 < 2 ppm Azufre total < 1 ppm H 2 S << 0,2 ppm Amoniaco < 0,01 ppm Otros (Hg, Cl 2 ) << 1 ppm Agua (líquido) Contenido orgánico < 0,5 % < 5 µs < 0,01 % cenizas 23

24 24

25 ALMACENAMIENTO En cisternas comerciales de hidrógeno: máxima fiabilidad de existencias de H2. Presión máxima: 200 bar Manómetro Toma de tierra Electroválvulas 25

26 COMPRESOR Compresor de membranas de dos cabezas Caudal: Nm3/h Presión máxima : 400 bar Motor trifásico de 110 kw 26

27 DISPENSADOR - Repostado rápido: 10 minutos - Presión máxima: 350 bar - Control de caudal de masa, presión y de temperatura - Proceso totalmente estanco 27

28 CONEXIÓN DEL AUTOBÚS Toma de tierra Acoplamiento de carga de hidrógeno Cable de toma de datos 28

29 CARGA DE HIDRÓGENO 2 ETAPAS: 1ª Etapa: Igualación presiones entre master y autobús (200 bar máximo) 2ª etapa: Carga con compresor hasta 350 bar 29

30 PROTECCIÓN CONTRA INCENDIOS 6 Circuitos independientes con Sensores de temperatura y detectores de hidrógeno 1 para reformador 3 para los remolques de almacenamiento de hidrógeno 1 para dispensador 1 para compresor Setas de emergencia en cada departamento 30

31 RESULTADOS DE LA EXPLOTACIÓN COMERCIAL DE LOS AUTOBUSES ELÉCTRICOS (PROYECTO CUTE) 3 Autobuses funcionando en líneas regulares transportando pasajeros desde el km recorridos pasajeros transportados kg de hidrógeno empleados 31

32 CONSUMOS DE GAS NATURAL Y ELÉCTRICOS Consumo de electricidad por Kg de hidrógeno producido: 10,55 kwh/kg Consumo de electricidad por kg de hidrógeno comprimido: 0,28 kwh/kg Consumo de gas natural por kg de hidrógeno producido: 7,15 Nm3/kg Consumo de agua por kg de hidrógeno producido: 0,023 Nm3/kg 32

33 EXPLOTACIÓN DE AUTOBUSES: MANTENIMIENTO Altos períodos de inactividad por mantenimiento y supervisión. Problemas iniciales por descompensación entre las pilas de combustible Pila de combustible con fallos intermitentes de aislamiento en días de lluvia Baja fiabilidad de las membranas del compresor de la estación de repostado. Asignación importante de personal técnico al proyecto 33

34 EXPLOTACIÓN DE AUTOBUSES: RESULTADOS Conductores y pasajeros muy satisfechos con las prestaciones de los autobuses. Prestaciones adecuadas de arranque, potencia, aceleración, ruido, maniobrabilidad. Autonomia: 120 km (entre dos repostados) Consumo en verano: 0,29 kg/km con A/C Tiempo de servicio: entre 9 y 11 horas diarias. 34

35 GRACIAS POR SU ATENCIÓN 35

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