Ciencia y Tecnología para la Economía del Hidrógeno

Transcripción

1 PILAS DE COMBUSTIBLE. UN SIGLO DE ESPERA. PROMESAS Y REALIDADES Luis Fernández Beites Dpto. Ingeniería Eléctrica 1893 SIR WILLIAN GLOVE NASA Coche particular con AFC Investigación. Reducción costes Nuevos materiales 1993 Ballard fabrica y comercializa un vehiculo con PC Instalación PAFC DodFuelCell. 2

2 Transporte 20xx Cogeneración Generación 3 4

3 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO 1 El hidrógeno atraviesa el ánodo. El oxígeno del aire atraviesa el cátodo. 2 Mediante un catalizador, en el ánodo se extraen eléctrones del hidrógeno. Los iones hidrógeno atraviesan el electrolito. 3 Los electrones no pueden atravesarlo. Viajan a través del circuito externo. 4 Se reintroducen a través del cátodo, uniendose a los iones hidrógeno y el oxigeno para dar agua. 5 6

4 Alcalinas (AFC) Membrana (PEMFC) Carbonatos Fundidos (MCFC) Óxidos Sólidos (SOFC) Acido Fosfórico (PAFC) Electrolito KOH Polímero Sólido (Membrana) Carbonatos de Litio y Potasio Cerámicas conductoras oxigeno (ZrO 2 ) Acido fosfórico Rendimiento 35-55% 35-45% >50% >50% 40% Combustible Hidrógeno Hidrógeno con C02 H2, CO, CH Hidrocarbonos H2, CO, Metano H2, C02, 1% CO Temperatura (ºC) (ITSOFC) Potencias típicas <5 kw kw 200 kw MW 2 kw- MW 200 kw Inconvenientes Eliminar CO 2 de fuel y aire Catalizador caro. Sensible impurezas Corrosión, alta T Alta T Catalizador caro. Prestaciones Ventajas Buen comportamiento. Fiabilidad Baja temperatura, fácil arranque Alta T Electrolito sólido + alta T Conocida Aplicaciones Militar, espacio Vehiculos, estacionaria, Micro-media Estacionaria, Alta potencia Cogen. Doble CC. Micro Cogeneración 7 8

5 1999 PCs ácido fosfórico del DoD 9 INSTALACIONES ESTACIONARIAS Unidades instaladas e incremento de potencia (MW) Relación entre unidades instaladas y potencias (MW) 10

6 Tipo de PC. Porcentaje Localización geográfica 11 12

7 Interfaz Hidrógeno Interfaz Eléctrico Generador o Almacenamiento de Hidrógeno Pila de Combustible Convertidor DC/AC Rendimiento variable. Mejorable 40% - 60% 80%-95% 13 Rendimiento eléctrico del sistema: 18,04% Rendimiento eléctrico justo antes del inversor: 24,17% Rendimiento eléctrico de la pila: 33,97% Rendimiento eléctrico del sistema: 19,957% Rendimiento eléctrico justo antes del inversor: 26,4837% Rendimiento eléctrico de la pila: 30,63% Rendimiento eléctrico del sistema: 20,28% Rendimiento eléctrico justo antes del inversor: 27,38% Rendimiento eléctrico de la pila: 31,60% 14

8 15 SISTEMA PILA COMBUSTIBLE INVERSOR CALIDAD DE SERVICIO CARGAS ESTÁTICAS R, L LM1 C5 LM3 C7 C6 C9 C4 IC,PC,Qc CENTRAL ELÉCTRICA I g,p g,q g C1 1 C10 LM2 C12 LM4 C8 C3 LM6 C2 C1 MOTOR CARGA MECÁNICA CONTROLABLE CARGA DINÁMICA C1 5 LM2 C19 IA de protección RED I a,p a,q a C14 C13 LM7 C16 C18 C1 7 P r,p CP g,p a CLIENTE CALIDAD DE SERVICIO V Qr,QCQg,Qa Ia,Pa,Qa C21 LM0 C20 TT GENERADOR DE PERTURBACIONES A CORREGIR Variaciones tensión Fluctuaciones tensión Huecos tensión Colapso de tensión Variaciones de frecuencia Inestabilidad transitoria 16

9 Almacenamiento hidrógeno Pila y Reformador Cogeneración Cargas locales Inversor calidad de servicio Red modelo Electrónica y control 17 18

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