Celdas de Combustibles para Aplicaciones Fijas: Retos para su amplio Uso

Documentos relacionados
Jornada UCLM-CYTEMA-CNH2: El Hidrógeno como estrategia de especialización en nuevas tecnologías de energía APLICACIONES

CELDAS DE COMBUSTIBLE

Ciencia y Tecnología para la Economía del Hidrógeno

Facultad de Ingeniería - UBA. Técnicas Energéticas Hidrógeno

Prof. Francisco M. Gonzalez-Longatt

TEMA 3: RECURSOS ENERGÉTICOS DISTRIBUIDOS (DER) Lección 8 Generación Distribuida (DG)

HIDROGENO COMO VECTOR ENERGÉTICO.

COGENERACIÓN. ENERGIE QUELLE MBA. Ing. Daniel Mina 2010

fw^o=molmripfþk=v=bkbodð^=jlqlobp fw^o=molmripfþk=v=bkbodð^=jlqlobp ÍNDICE

Producción de Hidrógeno

FICHA PÚBLICA DEL PROYECTO

BICICLETAS ELÉCTRICAS ASISTIDAS POR PILAS DE COMBUSTIBLE DE METANOL DIRECTO.

4 Tecnologías de generación de energía eléctrica a partir de biogás.

Pilas de combustible. Imagen de Luis Ramírez, Flickr

Tecnología de Celdas de Combustible PEM aplicada en Vehículos Híbrido-Eléctricos. Proyectos de aplicación desarrollados en el IIE

Hibridación Solar FV con Sistemas de Almacenamiento de Energía Eléctrica. GENERA - Madrid Jueves 16 junio 2016

Cogeneración y Autoproducción de Energía en Hospitales

Innovative Technology Solutions for Sustainability ABENGOA HIDROGENO. Almacenar electricidad con tecnologías de hidrógeno

Aumento en Autonomía de UAV s mediante Celdas de Combustible

PROYECTO FIN DE MASTER

Centro de desarrollo tecnológico Sustentable SISTEMA DE POST-COMBUSTIÓN Y REDUCCIÓN DE EMISIONES PARA HORNOS DE COMBUSTIÓN OBJETIVOS

FICHA PÚBLICA DEL PROYECTO

Energía del Hidrógeno - Contenido

Uso de pilas de combustible en Vehículos Aéreos no tripulados

RECUPERACIÓN DE CALOR DE GASES EXHAUSTOS DE TURBINAS EN PLATAFORMAS MARINAS. Isabel Leal Enriquez Instituto Mexicano del Petróleo Mayo, 2012

Universidad Nacional Autónoma de México Centro de Investigación en Energía. Programa de Estudio

3.4 Células de combustible

MODELADO Y VALIDACIÓN EXPERIMENTAL DE UNA MONOCELDA Y UN STACK DE UNA PILA DE COMBUSTIBLE TIPO PEM

Tecnologías del Hidrógeno Importantes

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN MARTÍN

Análisis de sensibilidad de los parámetros de diseño de la placa bipolar de una pila de combustible tipo P.E.M.

PRODUCCIÓN Y ALMACENAJE DE HIDRÓGENO ESTEFANÍA CONDE HERNÁNDEZ EDUARDO REYES HERNÁNDEZ

Sistemas de almacenamiento. Dr. Carlos Meza Escuela de Ing. Electrónica, Tecnológico de Costa Rica

MASTER ENERGIAS Y COMBUSTIBLES PARA EL FUTURO

DESARROLLO DE NUEVAS FORMULACIONES DE ELECTROLITOS PARA BATERÍAS REDOX DE VANADIO

Grado en Ingeniería de la Energía

Cumplimiento de metas de energía limpia en el mercado eléctrico mexicano

CALENTADORES LINEA RESIDENCIAL

PANORAMA DEL SISTEMA ELECTRICO

GENERALIDADES DE LAS PILAS DE COMBUSTIBLE: TIPOS y APLICACIONES

Master en Energías Renovables, Pilas de Combustible e Hidrógeno CSIC-UIMP

Pilas de Combustible. Pilas de Combustible

Plataforma Tecnológica Española del Hidrógeno y de las Pilas de Combustible

Asignaturas GIE Convalidación Asignaturas GIERM. Estadística e Investigación Operativa Estadística e Investigación Operativa Física II Física II

Clase V (a) Turbinas de gas tipo Brayton: introducción

Células de Combustible

NUEVAS TECNOLOGÌAS EN GENERACIÒN ELÈCTRICA G. Thern,A. Marajofsky,C. Dominguez,A. Benìtez CAC-CNEA

3 DESCRIPCIÓN DE LAS MONOCELDAS

Soluciones con gas natural en hoteles Ahorro económico, fiabilidad y respeto medioambiental

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FORO LA SEGURIDAD ENERGÉTICA DE MÉXICO DR. FRANCISCO GARCÍA UGALDE

Unidad de Pilas de Combustible e Integración de Sistemas del Ciemat: Capacidades y actividades

Análisis en condiciones reales de sistemas eficientes de climatización en instalaciones deportivas. Rafael San Martín

Cursos de educación continua

67.56 Técnicas Energéticas

SISTEMAS EFICIENTES DE CALEFACCIÓN

TIPOS DE PROYECTOS DE GENERACION DE ENERGIA A PARTIR DEL BIOGAS. Ing.. Jim Michelsen Director de Proyectos SCS Engineers

Combustibles alternativos líquidos: Gas Natural y Propano. ME742 Cátedra 6 Prof. Mauricio Osses DIMEC U. de Chile Semestre 2006/1

PRODUCCIÓN DE BIO-HIDRÓGENO

La hibridación de la energía solar fotovoltaica con el gas natural La cobertura de las demandas térmicas

Obtención y aplicaciones del hidrógeno

FICHA PÚBLICA DEL PROYECTO

Otro mundo. sí es posible.

Conversatorio sobre Electrificación Rural y Uso Productivo de la Electricidad en Zonas Rurales. Energía Eólica. Energía eólica

Soluciones avanzadas de climatización con gas propano. Ignacio Leiva Pozo

Tema1: Fuentes de energía renovables. Conceptos básicos

La contribución de los Ciclos Combinados a la Sostenibilidad del Sistema Eléctrico Español

Curso de hidrógeno y pilas de combustible. 11ª edición TEST Modulo 3

Investigación y Desarrollo en Energías Renovables. Departamento de Energías Renovables y Protección del Medio Ambiente

AALBORG INDUSTRIES - PART OF THE ALFA LAVAL GROUP

ASPECTOS ENERGÉTICOS Y AMBIENTALES EN SISTEMAS DE CALEFACCIÓN

Sistemas de captura de CO 2 en centrales térmicas

Pilas de combustible

ESPECIFICACIONES TÉCNICAS

FICHA PÚBLICA DEL PROYECTO

PROYECTO FIN DE MÁSTER

Productos y Soluciones para Aplicaciónes Mineras. Minería para el Éxito

Central Loma Los Colorados: Un aporte a la diversificación

Rendimiento de las celdas de combustible de óxido sólido a diferentes densidades de combustible

CELDAS DE COMBUSTIBLE

Una alternativa limpia para la generación de energía eléctrica

SUMINISTROS, INGENIERIA Y PROYECTOS, S.A. (SIPSA Panamá) Av. Ricardo J. Alfaro, Edif. Century Tower, Piso 18, oficina 09, Ciudad de Panamá, Panamá

Diversificación de la Matriz Energética: Más allá de la Generación Eléctrica

Presentación y objetivos

Contacto. Descripción básica de infraestructura MICRORRED CNH2-M2. Dirección: C/ Prolongación Fernando el Santo, s/n Puertollano (Ciudad Real)

AHORROS: GASOLINA: 10% hasta 20% (dependerá de los hábitos de manejo) DIESEL: 8% hasta 15% (dependerá de los hábitos de manejo)

Power Puerto Rico Energy Fair

MASTER ENERGIAS Y COMBUSTIBLES PARA EL FUTURO

UNIDAD II: CICLOS DE POTENCIA DE VAPOR

Departamento de Ingeniería Eléctrica Facultad de Ingeniería Universidad de Concepción

- Energía Térmica Renovable (Solar)

SISTEMAS AVANZADOS DE MICROGENERACIÓN DE ENERGÍA

Conferencia. Generación Distribuida, ventajas y desventajas del funcionamiento en isla. Dr. Ing. Juan Carlos Gómez Targarona

DATOS DE ADMISIÓN AL PROGRAMA DE DOCTORADO

INTEGRACIÓN DE LAS BOMBAS DE CALOR GEOTERMICAS DE MUY BAJA ENTALPÍA CON OTROS SISTEMAS EN LAS INTALACIONES DE CLIMATIZACIÓN

Avances Tecnológicos Para Usos del Litio Litio: Recurso Energético

Recuperación de energía en sistemas continuos de Rendering

Eficiencia energética en entornos urbanos: Integración de energías renovables. Foro pro Clima 2011

Licenciatura en Ingeniería Mecánica y Eléctrica

ESPECIFICACIONES TÉCNICAS

Transcripción:

s para Aplicaciones Fijas: Retos para su amplio Uso Hydrogen and Fuel Cells Group Taller Retos Tecnico-Económicos del Sectro Energético Ciudad Universitaria, México D.F. Noviembre 2006

Contenido 1. La Tecnología: estado del arte 2. Retos Científicos (MEA) 3. Retos - Nivel Conjuntos (Stacks) 4. Retos - Nivel Sistemas 5. Reto Combustible e Infraestructura 6. Metas p/tecnología Competitiva (incl. $$$$$) 2

1. La Tecnología: estado del arte Celda de Combustible = Generador de energía eléctrica energía química energía eléctrica sin combustión operación continua, muy eficiente, limpia, silenciosa 3

Aplicaciones Transporte/Propulsión Especial Transporte Pasajeros Generación Residencial Generación Comercial Otros Portátil 4

Tipo de Celda Capacidad Aplicaciones Eficiencia Top Madurez Membrana PEM <1W 250kW Portátil, Respaldo, GD, Transporte ~50% 50 80C demostración, comercial Metanol MDFC mw 100W Portátil, electrónicos <40% 60 90C desarrollo Alcalina AFC 10kW-100kW Aeroespacial, militar 60 70% 90-100C madura Ácido Fosfórico PAFC 50kW 1MW GD 80-85% 150-200C comercial Carbonatos MCFC <1kW 1MW GD, GC 60% - 85% 600-700C desarrollo, comercial Óxido Sólido SOFC 5kW - 3MW APU, GC, GD 60% - 85% 650-1000C desarrollo

Sistema de Celda de Combustible MEA (Ensamble Membrana-Electrodo) Conjuntos de MEA s (STACK) Balance de Planta (BOP) Sistema de Control Acondicionamiento de Potencia H 2

Ruta General de un Sistema de Celda de Combustible A. Tratamiento Químico de Membranas C. Tratamiento Hidrofobicidad a Difusores E. Activación Electroquímica de MEA s G. Diseño y Fabricación del Sistema de Sellado Manifold p/gases I. Diseño e Integración del Balance de Planta K. Diseño y Realización del Sistema de Control LL. Fabricación del Circuito de Control N. Acondicionamiento de Potencia t /m 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 B. Preparación y Aplicación de Tinta Catalizadora D. Tratamiento Termo- Mecánico de MEA s F. Diseño y Manufactura de Placas Bi y Monopolares H. Integración y Pruebas de Stack J. Evaluación del Sistema Integrado p/definición de Control L. Pruebas del Sistema Integrado con Control M. Definición e integración del APU O. Pruebas Beta IIE Nivel 1 MEA s IIE Nivel 4 BOP Nivel 7 Acond. Potencia IIE Nivel 2 Placas Nivel 5 Control Nivel 8 Beta Testing 7 IIE Nivel 3 Stacks Nivel 6 Admon. Energía

2. Retos Científicos Materiales con Mejores Propiedades a menor costo - electrolito: mayor conducción iónica, baja degradación - electrodos: estabilidad - habilidad p/operar a mayores T s - catalizadores resistentes a CO y azufre, metales no nobles y bajas cargas - técnicas de manufactura simples y baratas - placas bipolares: fabricabilidad 8

Celdas de Membrana PEM Fabricación de MEA s con microestructura 3D homogénea de electrodos 9

1.1 Curvas de rendimiento comparativas de MEA s de varios tecnológos 1.0 0.9 Voltaje (V) 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 Corriente (ma/cm2) 10 DUPONT GORE ELECTROCHEM IIE

Otras líneas de investigación (PEM) Identificar y desarrollar ionómeros (conductividad, mecánicas y químicas a bajo costo) Mecanismos de fallas de CC Procesos escalables de fabricación de membranas, electrodos, MEA s, placas bipolares Catalizadores y materiales soporte con matweriales no preciosos y bajo contenido Membranas para alta T (120 C), baja %HR (<10% Caso México: Membranas y MEA s = (IIE, ANL, CALTECH, IFCI, UBC) 11

Celdas de Óxidos Sólidos (SOFC) Materiales vs. corrosión Estabilidad térmica Sellos Catalizadores 12

3. Retos - Nivel Componentes p/conjuntos Mejor Diseño e Ingeniería - componentes más efectivos: placas bipolares, difusores - mejor ingeniería p/procesos homogéneos (CFD) - mejor ingeniería p/manejo de agua (humid, gen, evap, purga) - mejor ingeniería p/manejo de calor (disipación, ctrl, intercam) Ensambles Membrana Electrodo Difusores de Gas Placas Bi y Mono polares Sellos Conectores de Gas (manifolds( manifolds) Conectores Eléctricos Soportes Ingeniería

Modelado y Simulación Diseño (Gas, Manejo agua, cond. ope.) Menos trabajo experimental Definición Criterios Control Balance de Planta

Configuración de celdas impone distintos diseños y enfoques en BOP

4. Retos - Nivel Sistemas

Tecnología, Conceptos p/diseño e Ingeniería - compresores e intercambiadores de calor ad hoc - válvulas c/actuación - sensores - estrategias de control - modelos (simluación, emulación y validación) - electrónica de potencia (c.d./c.d., inversores, - mejorar densidad energética (masa/vol.) - técnicas de diagnóstico (p/prevención y corrección) - filosofía de operación de la planta BALANCE DE PLANTA (BOP)

Combinación de celdas y turbina para aumentar eficiencia

SISTEMAS HÍBRIDOS

Retos Celdas de Alta Temperatura Mejorar los Sistemas de Recuperación de Calor para um efectivo CHP such as through regenerating dessiccants in a desiccant cooling cycle) also need to be evaluated

2 4 0 2 2 0 2 0 0 1 8 0 1 6 0 1 4 0 7 0 6 0 7 0 7 0 7 0 8 0 7 0 9 0 7 1 0 0 7 1 1 0 7 1 2 0 1 2 0 5 0 4 0 3 0 2 0 1 0 2 0 0 0 1 8 0 0 1 6 0 0 1 4 0 0 1 2 0 0 1 0 0 0 8 0 0 6 0 0 4 0 0 2 0 0 V o l t a je d e a l im e n t a c i o n e n C.A. d e t o d o e l s i s t e m a d e l G e n e r a d o r d e h i d r ó g e n o ( H o g e n ) T i e m p o ( s e g u n d o s ) V o l t a j e d i r e c t o d e a l i m e n t a c i o n d e l S t a c k d e c e l d a s 0 7 0 6 0 7 0 7 0 7 0 8 0 7 0 9 0 7 1 0 0 7 1 1 0 7 1 2 0 T i e m p o ( s e g u n d o s ) 7 0 6 0 7 0 7 0 7 0 8 0 7 0 9 0 7 1 0 0 7 1 1 0 7 1 2 0 0 T i e m p o ( s e g u n d o s ) 4 0 3 5 3 0 2 5 2 0 1 5 1 0 5 1 6 0 1 4 0 1 2 0 1 0 0 8 0 6 0 4 0 2 0 7 0 6 0 7 0 7 0 7 0 8 0 7 0 9 0 7 1 0 0 7 1 1 0 7 1 2 0 0 0 7 0 6 0 7 0 7 0 7 0 8 0 7 0 9 0 7 1 0 0 7 1 1 0 7 1 2 0 F l u j o d e g a s H 2 m e d i d o a l a s a l i d a d e l s i s t e m a g e n e r a d o r C o r r i e n t e d e l S i s t e m a e n C.A. d e l G e n e r a d o r d e H i d r ó g e n o ( H o g e n ) T i e m p o ( S e g u n d o s ) C o r r i e n t e d i r e c t a d e a l i m e n t a c i o n d e l S t a c k d e c e l d a s T i e m p o ( S e g u n d o s ) SISTEMAS RENOVABLES I [A] = 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 E [V] + 1000/25 1000/60 800/55 600/50 400/45 200/40 MPP stack Sistema Solar- Hidrógeno (PV 2.4kW, @48V, stack 1m 3 /hr) Flujo (lts/hr) Voltaje Vcd (Volts) Voltaje directo (Volts) Corriente directa (Amperes) Corriente directa (Amperes)

Resúmen Retos Sistemas Componentes específicamente diseñados (BOP) Electrónica de potencia Sistemas APU Manejo de Agua y Calor Abastecimiento y Almacenamiento de Combustible Costos Normatividad - Seguridad

5. Reto - Combustible Generación: costos, métodos alternos tradicional Reformación GN escalar electróli$i$ - reducir costo energía eléctrica Almacenamiento: Gas Comprimido = equipo y tecnología (compresores y tanques p/ P > 2,300psi) Licuado = tecnología p/disminuir pérdidas de H2 Sólido = mayor capacidad, menor peso, mayor flexibilidad

. 5. Reto Combustible Distribución de combustible: H2 gas ó licuado requiere desarrollo de infraestructura Combustibles que contengan H2 corto plazo Sistemas de Transferencia de H2: Compresores, Boquillas, etc. Normatividad para garantizar desempeño y Seguridad

6. Metas p/competitividad (incl. $$$$$*) COSTO INICIAL Motor automotriz de CI ~ $25-$35/kW Meta de las CC = $30/kW (60% eficiente) Sistemas Estacionarios $400-$750/kW para comercialización ($1000/kW inicial) *montos en USD

Metas Motor automotriz de CI = 60% eficiente Sistemas Estacionarios = 40% eficiencia, operación com GN, GLP

DURABILIDAD Y CONFIABILIDAD = No establecida Transporte = motores CI, i.e., 5,000 hrs (150,000 millas) 40 C - 80 C Aplicaciones Estacionarias > 40,000 hrs -35 C - 40 C

DENSIDAD DE POTENCIA y ENERGÍA Reducción de Tamaño y Peso: stacks, auxiliares y subsistemas principales (e.g., procesor de combustible, compresor/expansor, sensores, etc. Balance de Planta (BOP). Aplicaciones electrónicas (<50W) densidad energía = 1,000Wh/L APU (3-30kW) Potencia específica = 1,00W/kg densidad de potencia = 100W/L

el par Hidrógeno ahorro de energéticos (económicos) ahorro en $ operación & mnto. (económicos) < infraestructura GD (economía) reducción emisiones (ambiente, salud económicos) > duración en portátiles > productividad oportunidad p/nuevos negocios actividad $

CONCLUSIONES Principales Retos Infraestructura Almacenamiento de Combustible Costos a corto plazo competitivos Durabilidad ( > experiencia) Apertura de Mercados Institucionales (normatividad, etc.)