Proceso de Generación de Gas Natural Renovable Jornada PTEHPC. Grupo de Trabajo Técnico de Almacenamiento y Distribución de Hidrógeno 12 Mayo 2015 - Huelva Mónica Sánchez Responsable Unidad de Desarrollo y Validación de Sistemas. Centro Nacional del Hidrógeno (CNH2) Proyecto Renovagas, con número de expediente RTC-2014-2675-3 financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad
EL PROYECTO INFORMACION GENERAL
EL PROYECTO CONSORCIO
EL PROYECTO EL CONCEPTO GENERAL POWER-TO-GAS
EL PROYECTO MOTIVACION Necesidad de almacenamiento de energía de gran capacidad y largos periodos Existe un desacople entre la producción de energía renovable y la de demanda: tiempo, lugar y cantidad La integración a gran escala de las EERR producirá grandes excedentes que deben ser almacenados Sistemas de almacenamiento modular y flexible que pueden trabajar intermitentemente para el balance de energía: estabilización de la red Reto: almacenar diariamente y descargar durante meses VECTORES ENERGETICOS QUIMICOS Hidrógeno producido vía electrolítica. Falta de infraestructura para su distribución y consumo y altos costes de almacenamiento No viable a corto plazo Gas Natural Sintético mediante metanación del hidrógeno
EL PROYECTO MOTIVACION Utilización de la red existente de Gas Natural La infraestructura de Gas Natural (transporte, almacenamiento y distribución) está ya disponible. Densidad energética del metano (Gas Natural Sintético) tres veces mayor al hidrógeno La capacidad de transmisión de la red de Gas Natural es casi un orden superior a la red Eléctrica. Ofrece no limitaciones de capacidad. El transporte de electricidad es 20 veces más caro que el transporte de la misma cantidad de energía vía tubería.
EL PROYECTO MOTIVACION Consumidor de CO2, necesario para la reacción de metanación: Proveniente de la atmósfera (Métodos de adsorción, absorción, membranas). Utilización del CO2 residual, producido por fuentes fósiles mediante captura de carbón en plantas de carbón o como subproducto de proceso industriales Posibilidad de combinarse con plantas de biogás: BIOMETANIZACION España tiene materia prima suficiente para suplir con biogás el 12% del consumo anual de gas natural. Principal fuente biogás: vertederos y lodos de depuración de agua (90 %) Producción de biogás 203 ktep/año (2008 IDAE). Actualmente utilizado en autoconsumo, consecuencia de la normativa legal vigente. Necesidad de estrategias de upgrading de biogás a biometano que permitan su comercialización como vector energético autóctono. Gas Natural Sintético, combustible para el transporte y producción de calor con balance neutro de CO2
ESTADO DEL ARTE DIAGRAMA FLUJO GENERAL
ESTADO DEL ARTE FASE 1. PRODUCCION DE H2 VIA ELECTROLITICA D H2O H2 + ½ O2
ESTADO DEL ARTE FASE 2. METANIZACION DE CO CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O D
ESTADO DEL ARTE INNOVACIÓN UILIZACION DE BIOGÁS COMO FUENTE DE CO2 INTEGRACION DE SISTEMA DE ELECTROLISIS AVANZADOS DISEÑO DE REACTOR ESTRUCTURADO O DE MICROCANALES DESARROLLO DE CATALIZADORES ESPECIFICOS PARA METANACION DE BIOGAS A día de hoy: Único proyecto demostrativo a escala piloto de implantación de Power-togas e inyección directa en la red de Gas Natural, en España CONTROL OPTIMIZADO DEL PROCESO PARA TRABAJAR FRENTE A CARGAS VARIABLES
EL PROYECTO OBJETIVO ESPECIFICOS
ESTRUCTURA DE PROYECTO PAQUETES DE TRABAJO WP0. Gestión del proyecto, explotación de los resultados y diseminación WP1. Especificaciones básicas para el diseño del proceso WP2. Integración del proceso de electrolisis con energías renovables WP3. Desarrollo reactor de metanación SWP3.1. Desarrollo de catalizadores SWP3.2. Diseño y construcción del reactor WP4. Integración y desarrollo planta piloto WP6. Escalado y desarrollo de la planta 250 kw: Diseño conceptual WP5.Operación en condiciones reales WP7. Estudio de prospectiva económica e implantación P2G en España
ESTRUCTURA DE PROYECTO CRONOGRAMA WP0 WP1 WP2 WP3 SWP3.1 SWP3.2 WP4 WP5 WP6 WP7 2014 2015 2016 3T 4T 1T 2T 3T 4T 1T 2T 3T 4T
DESARROLLO TECNICO WP 1: Especificaciones básicas de diseño del proceso OBJETIVO ACTIVIDADES
DESARROLLO TECNICO WP 1: Especificaciones básicas de diseño del proceso PROGESOS Y RESULTADOS
DESARROLLO TECNICO WP 2: Integración del proceso de electrolisis con EERR OBJETIVO A2.1. DISEÑO E INTEGRACION DEL SISTEMA DE ELECTROLISIS ACTIVIDADES Selección de electrolizador comercial adecuado a los objetivos del proyecto. Diseño del proceso para la producción del hidrógeno en las condiciones y forma deseadas para su integración en la planta P2G. A2.2. OPTIMIZACION DEL SISTEMA DE ELECTROLISIS ACOPLADO A EERR Estudio de la integración del electrolizador con EERR. Caracterización del comportamiento. Desarrollo de un control optimizado de la producción de hidrógeno en función de las energías renovables de manera que maximice la eficiencia del sistema minimizando la degradación.
DESARROLLO TECNICO WP 2: Integración del proceso de electrolisis con EERR PROGESOS Y RESULTADOS
DESARROLLO TECNICO WP 3: Reactor de metanación OBJETIVOS WP3.1. DESARROLLO DE CATALIZADORES WP3.2. DISEÑO Y CONSTRUCCION DEL REACTOR ACTIVIDADES A3.1.2. CARACTERIZACION FISICO-QUIMICA A3.1.1. PREPARACION DE CATALIZADORES A3.1.2. EVALUACION CATALITICA. LABORATORIO A3.2.1. DISEÑO Y CONSTRUCCION DEL REACTOR DE METANACION A3.2.2. ENSAYOS Y VALIDACION DEL REACTOR DE METANACION A3.1.1. SUMINISTRO CATALIZADORES A3.2.3. PRUEBAS Y ENSAYOS IN-SITU
Rendimiento CH4 (%) Rendimiento CH 4 (%) DESARROLLO TECNICO WP 3: Reactor de metanación Serie catalizadores basados en Ni Serie catalizadores basados en Ru PROGESOS Y RESULTADOS Control del tamaño y estabilidad de las partículas metálicas Ru/Ni. térmica Elementos promotores de actividad y estabilidad 0,9 0,8 0,7 0,6 90 80 70 60 0,5 50 0,4 40 0,3 30 0,2 20 0,1 0,0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 Tiempo en reacción (h) Ni-RENOVAGAS Ni/Al2O3 comercial Ru-RENOVAGAS 10 Ni/Al2O3- comerc 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 Tiempo en reacción (h)
DESARROLLO TECNICO WP 3: Reactor de metanación PROGESOS Y RESULTADOS En función de las especificaciones básicas del proceso se seleccionara un electrolizador comercial adecuado a los objetivos del proyecto. Diseño del proceso para la producción del hidrógeno en las condiciones y forma deseadas para su integración en la planta P2G.
DESARROLLO TECNICO WP 4:Integracion y desarrollo de la planta piloto 15 kw OBJETIVOS ACTIVIDADES Integración de los procesos principales y desarrollo del balance de planta (BoP) de la instalación: Construcción de la planta piloto y optimización estrategias de control
DESARROLLO TECNICO WP 4:Integracion y desarrollo de la planta piloto 15 kw PROGESOS Y RESULTADOS Diseño y dimensionamiento de todos los equipos y subsistemas auxiliares. Desarrollo del sistema de instrumentación y control necesario. Modelado (PROMAX) para simulación y optimización del proceso. Comienzo de la construcción de la planta
DESARROLLO TECNICO WP 5:Operación en condiciones reales OBJETIVO Validación de la planta piloto desarrollado en condiciones reales, acoplado a una instalación de FCC-Aqualia de producción de biogás, y ensayos en un entorno real. A5.1. DEMOSTRACION EN CONDICIONES REALES Ubicación en una de las plantas de producción de biogás del grupo FCC-Aqualia. Ensayos en condiciones reales A5.2. ANALISIS DE LA CALIDAD DEL GAS PRODUCIDO ACTIVIDADES El gas natural debe cumplir con la calidad establecida en el PD-01 Medición, Calidad y Odorizacion de Gas. Análisis en el laboratorio acreditado de Zaragoza de ENAGAS
% CH 4 en biogás % CH 4 en biogás DESARROLLO TECNICO WP 5:Operación en condiciones reales Diseño del tratamiento de limpieza de biogás previo, eliminando H2S, siloxanos y condensados. PROGESOS Y RESULTADOS Selección ubicación y estudio de la composición de biogás 2.013 2.014 CH4 (%) H2S (g/nm3) CH4 (%) H2S (g/nm3) MAXIMO 71,90 3,38 74,00 4,09 MINIMO 67,00 0,15 67,80 0,27 MEDIO 69,13 1,16 71,46 2,00 75 74 73 72 71 70 69 68 67 66 EDAR FCC-AQUALIA 65 0 0 10 20 30 40 50 60 JEREZ DE LA FRONTERA Semana Año 14 12 10 8 6 4 2 g H 2 S/Nm 3 75 74 73 72 71 70 69 68 67 66 Históricos 2014 2013 2014 65 0 0 10 20 30 40 50 60 Semana Año 14 12 10 8 6 4 2 g H 2 S/Nm 3
DESARROLLO TECNICO WP 6:Escalado y desarrollo conceptual de la planta 250 kw OBJETIVO ACTIVIDADES Escalado e Ingeniería de detalle de una planta de Power-to-Gas de una potencia de 250 kw a partir del prototipo de 15 kw desarrollado previamente Actividad A6.1. DISEÑO 6.1: Diseño Y ESCALADO y escalado CONCEPTUAL conceptual DE LA PLANTA de la planta DE 250 de kw 250 kw Planteamiento de los esquemas principales y de la configuración general del sistema. Identificación de los bloques y equipos principales. Realización de primer dimensionamiento de las corrientes y consumos de los mismos. Actividad 6.2: Ingeniería básica de la planta de 250 kw A6.2. INGENIERIA BÁSICA DE LA PLANTA DE 250 kw Revisión de la Ingeniería conceptual. Diseño básico del electrolizador y de la etapa de metanización. Diseño de instalaciones auxiliares. Actividad A6.3. 6.3: INGENIERIA Ingeniería DE de DETALLE detalle DE de LA la PLANTA planta DE de 250 kw kw En esta fase se finalizará el diseño del sistema, obteniendo como resultado la información necesaria para la construcción del prototipo (planos, esquemas eléctricos, etc ).
DESARROLLO TECNICO WP 7:Prospectiva económica e implantación en España OBJETIVO ACTIVIDADES Estudio de detalle de todos los actores necesarios o factores influyentes para el futuro desarrollo y posterior implantación de la tecnología P2G en España A7.1. ANALISIS DEL POTENCIAL P2G EN ESPAÑA A7.2. ANALISIS DE VIABILIDAD ECONOMICA
Proceso de Generación de Gas Natural Renovable GRACIAS POR SU ATENCION! Mónica Sánchez monica.sanchez@cnh2.es Responsable Unidad de Desarrollo y Validación de Sistemas. Centro Nacional del Hidrógeno (CNH2) www.cnh2.es Proyecto Renovagas, con número de expediente RTC-2014-2675-3 financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad