Energía renovable, electricidad e hidrógeno: presente y futuro de la energía en el medio rural y la maquinaria agrícola

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1 Proyecto cofinanciado por la Unión LIFE13 Europea ENV/ES/ Curso extraordinario Universidad de Zaragoza Energía renovable, electricidad e hidrógeno: presente y futuro de la energía en el medio rural y la maquinaria agrícola Huesca, 30 junio-1 julio 2016 L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

2 Curso Sostenibilidad energética en el sector agropecuario: el caso vitivinícola Patrocinadores L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

3 Producción y uso de hidrógeno en el medio rural L. Valiño LIFTEC (CSIC - Universidad de Zaragoza) Energía renovable, electricidad e hidrógeno: presente y futuro de la energía en el medio rural y en la maquinaria agrícola Huesca, 30 junio 2016

4 Table of contents 1 Introducción 2 Energía solar fotovoltaica 3 Sistema de generación de hidrógeno 4 Vehículo híbrido pila PEM - baterías 5 Conclusiones L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

5 Table of contents 1 Introducción 2 Energía solar fotovoltaica 3 Sistema de generación de hidrógeno 4 Vehículo híbrido pila PEM - baterías 5 Conclusiones L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

6 Table of contents 1 Introducción 2 Energía solar fotovoltaica 3 Sistema de generación de hidrógeno 4 Vehículo híbrido pila PEM - baterías 5 Conclusiones L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

7 Table of contents 1 Introducción 2 Energía solar fotovoltaica 3 Sistema de generación de hidrógeno 4 Vehículo híbrido pila PEM - baterías 5 Conclusiones L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

8 Table of contents 1 Introducción 2 Energía solar fotovoltaica 3 Sistema de generación de hidrógeno 4 Vehículo híbrido pila PEM - baterías 5 Conclusiones L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

9 Section Index 1 Introducción 2 Energía solar fotovoltaica 3 Sistema de generación de hidrógeno 4 Vehículo híbrido pila PEM - baterías 5 Conclusiones L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

10 Renewable energy in the wine industry REWIND (proyecto LIFE) Producción, almacenamiento y uso de hidrógeno L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

11 Hidrógeno (por qué) H 2 O kj/mol H 2 + ½ O 2 Converidores: Electrolizador Pila de combusible: agua y oxígeno No contaminante Almacenamiento: H 2 vector energéico L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

12 Localización L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

13 Section Index 1 Introducción 2 Energía solar fotovoltaica 3 Sistema de generación de hidrógeno 4 Vehículo híbrido pila PEM - baterías 5 Conclusiones L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

14 Paneles solares: fijos, con seguidor solar, flotantes fijos 10,8 kwp con seguidor 10,8 kwp flotantes 21,6 kwp L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

15 Localización L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

16 Uso de la Energía 1 Bombas de riego (verano) sin costes término fijo factura eléctrica 2 Aireadores en balsa de depuración 3 Exceso: Generación de hidrógeno vehículo agrícola pila de combustible PEM L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

17 Bombas de riego y aireadores L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

18 Sistema de alamcenamiento de baterías L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

19 Alimentación eléctrica del sistema de generación de hidrógeno L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

20 Alimentación eléctrica del sistema de generación de hidrógeno L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

21 Section Index 1 Introducción 2 Energía solar fotovoltaica 3 Sistema de generación de hidrógeno 4 Vehículo híbrido pila PEM - baterías 5 Conclusiones L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

22 Sistema de generación y almacenamiento de hidrógeno L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

23 Ubicación del sistema de generación de hidrógeno L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

24 Ubicación del sistema de generación de hidrógeno L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

25 Ubicación del sistema de generación de hidrógeno L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

26 Sistema de generación y almancenamiento de Hidrógeno L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

27 Sistema de genración y almancenamiento de hidrógeno Principios de diseño: control y Seguridad): Parada de emergencia manual Equipos ATEX Sensores de hidrógeno en caseta Parada y ventilación de emergencia Válvulas antiretorno y de sobrepresión Control computacional completo con pantalla táctil de manejo intuitivo Control remoto por internet (Teamviewer: Windows, Android) Sensores de temperatura en caseta (bomba de calor) Sensores de temperatura en interior de equipos (disparan resistencia eléctrica interna) Sensores de presión y temperatura Almancenamiento de datos de operación para análisis Sincronización máxima hidrolizador-compresor Rearranque automático... L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

28 Purificador de agua L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

29 Sistema de purificación de agua 1 nanofiltración 2 desionización 3 ósmosis inversa Conductividad del agua menor que 1µS/cm (tipo II grado analítico), Flujo 3 l/h. L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

30 Generación H 2 de renovables H 2 O kj/mol H 2 + ½ O 2 Energía eléctrica Electrólisis L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

31 Agua de grifo Particulas + Iones L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

32 Purificación: ósmosis inversa, nanofiltración 1 Nanofiltración: de 10 a 100 Å 2 Ósmosis inversa: (Hiperfiltración): de 1 a 10 Å Se almacena en depósito L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

33 Purificación: desionización con resinas Al demandar agua del depósito: Columna catiónica: resina cede H + toma iones + Columna iónica: resina cede OH toma iones - L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

34 Electrolizador L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

35 Electrolizador Membrana de intercambio de iones OH No usa KOH (K2CO3KHCO3,1 %), no necesita metales nobles Agua de entrada: hasta 10 µs/cm Monofásico 220 V Pureza (con secador) 99,999 % Consumo 2,9 kwh Producción de hidrógeno: 500 ln/h, 30 bar, se necesitan 0.4 l/h L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

36 Disociación del agua H 2 O OH + H + Producto iónico=k w = [OH ][H + ]= 10 ¹⁴ L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

37 Electrolisis 2 OH ½ O 2 + H 2 O + 2 e Ánodo (+) 2 H 2 O + 2 e H OH Cátodo (-) KOH L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

38 Electrolizador (alcalino) Electrólisis a gran escala L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

39 Electrolizador Electrólisis a gran escala H 2 O kj/mol H 2 + ½ O 2 Agua + Electricidad Hidrógeno L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

40 Electrolizador Tipos de electrolizadores > Alcalino (visto) (AEM) Óxido sólido (alta temperatura) >PEM (Membrana de intercambio de protones) Electrolizador gravitacional (?) Eiciencias alcalino: 50%-75% Duración alcalino: hasta h Envenenamiento CO 2 L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

41 Tecnologías válidas Electrolizador L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

42 Sistema de generación y almacenamiento de hidrógeno L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

43 Compresor Toma de la botella de almacenamiento intermedio Diafragma metálico Presión de entrada: Bar Presión de salida: Hasta 201 Bar Caudal máximo: 500 ln/h Caudal: 500 ln/h, presión de salida 200 Bar L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

44 L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

45 Sistema de generación y almacenamiento de hidrógeno L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

46 Rack 12 botellas de 50 l de capacidad Presión: hasta 200 Bar Adaptado al suministro de hidrógeno: surtidor seguro L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

47 L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

48 Depósitos a presión Hasta 700 bar Precio En transporte 1 kg H 2 ~ 5 l gasolina Volumen depósito ~ 2 gasolina Kevlar, acero, aluminio 1 kg de H 2 son 11,135 m³ en condiciones normales L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

49 Section Index 1 Introducción 2 Energía solar fotovoltaica 3 Sistema de generación de hidrógeno 4 Vehículo híbrido pila PEM - baterías 5 Conclusiones L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

50 Coche híbrido pila PEM - baterías L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

51 Vehículo original eléctrico Características Marca Modelo Motor Baterías Suspensión Frenos Neumáticos Dimensiones Distancia entre ejes Distancia al suelo Velocidad Max. Capacidad de carga Nº de asientos Ángulo de escalada Peso con baterías Tiempo de recarga Autonomía Inclinación máx. ECM epath Kw 72V Gel 72V 225Ah Doble brazo independiente (2 ejes) Hidráulico de disco en ambos ejes Delanteros 26 x Traseros 26 x ,630 x 1,640 x 2,130 mm 1,822 mm 310 mm 40 Km/h 450 Kg 4 20º Máx. 800 Kg 8 horas > 100 Km (a velocidad constante de 30 km/h) 17º Equipamiento (serie) Dirección asistida Llantas de aluminio Parabrisas y limpia-parabrisas Cabestrante eléctrico frontal Media puerta Lámina antideslizante Plataforma de carga trasera basculante Extras opcionales 7500 Colores disponibles Neumáticos Carretera o campo (reforzados) info@electriccitymotor00.com Síguenos L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

52 Vehículo original eléctrico Tracción a las cuatro ruedas, 4 plazas Uso agrícola 7.5 kw 72 V motor eléctrico 12 baterías tipo gel 225 A-h Autonomía: 100 km a 30 km/h (algo menos...) L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

53 Algunos datos vehículo híbrido Pila HTPEM montada en el LIFTEC, 30 celdas Celtec P-1100, 3 kw L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

54 Esquema alimentación vehículo híbrido L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

55 Esquema montaje vehículo híbrido L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

56 Esquema montaje vehículo híbrido L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

57 Pilas de combusible Reverso electrolizador H 2 O kj/mol < H 2 + ½ O 2+ Agua + Electricidad < Hidrógeno L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

58 Pilas de Combusible Reverso del electrolizador L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

59 Pilas de Combusible Reverso electrolizador Tipos de pilas de combusible Alcalino (AEM) Óxido sólido (alta temperatura) PEM (Membrana de intercambio de protones) Carbonato fundido (alta temperatura) Alcalina, PEM para uso agrícola tecnología no madura L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

60 L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

61 Pilas de Combusible PEM L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

62 Pila de Combusible PEM L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

63 L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

64 Futuro: vehículo agrícola H 2 L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

65 Section Index 1 Introducción 2 Energía solar fotovoltaica 3 Sistema de generación de hidrógeno 4 Vehículo híbrido pila PEM - baterías 5 Conclusiones L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

66 Conclusions Sistema de generación de hidrógeno desde energías renovables controlado y seguro Sistema seguro de almacenamiento y suministro de hidrógeno Equipos comerciales y desarrollos propios con sistemas de control y ensamblaje también propios Totalmente monitorizado Controlable a distancia (PC - Android) Vehículo agrícola eléctrico modificado híbrido PEMFC + Baterías Funciona! L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

67 Muchas Gracias :) L. Valiño (LIFTEC) LIFTEC Zaragoza, junio / 63

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