Aplicaciones energéticas del hidrógeno en transporte y generación eléctrica

11
Aplicaciones energéticas del hidrógenoAplicacionesAplicaciones energenergééticasticas del hidrdel hidróógenogeno
Antonio González García-Conde
Presidente de la Asociación Española del Hidrógeno
Director Departamento Aerodinámica y Propulsión – INTA
Antonio GonzAntonio Gonzáález Garclez Garcííaa--CondeConde
Presidente de la AsociaciPresidente de la Asociacióón Espan Españñola del Hidrola del Hidróógenogeno
Director Departamento AerodinDirector Departamento Aerodináámica y Propulsimica y Propulsióónn –– INTAINTA
Curso de verano:Curso de verano:
““EnergEnergíía y Cata y Catáálisis: nuevos retos para un desarrollolisis: nuevos retos para un desarrollo
energenergéético sostenibletico sostenible””
Santander, 18 de agosto de 2010Santander, 18 de agosto de 2010
CONTENIDOCONTENIDO
Aplicaciones energéticas del HidrógenoAplicaciones energAplicaciones energééticas del Hidrticas del Hidróógenogeno
• Introducción. La energía en España.
• El hidrógeno en el transporte.
La propulsión espacial.
( ------ Las Pilas de Combustible -------- )
Sistemas de propulsión.
El problema del almacenamiento de H2 a bordo.
La logística para la distribución y suministro del H2.
Ejemplos transporte terrestre, aéreo y marítimo.
• El hidrógeno en aplicaciones estacionarias.
• Emisiones y Eficiencia eléctrica.
• Generación centralizada y generación distribuida.
• Integración de energías renovables.
• Aplicaciones remotas.

22
Aplicaciones energéticas del hidrógenoAplicaciones energAplicaciones energééticas del hidrticas del hidróógenogeno
Aplicaciones energéticas del hidrógenoAplicaciones energAplicaciones energééticas del hidrticas del hidróógenogeno

33
Aplicaciones del hidrAplicaciones del hidróógenogeno
en el Transporteen el Transporte
Aplicaciones en el
Espacio
Aplicaciones en el
Espacio

44
Un viaje a la Estación Espacial
Internacional
Un viaje a la EstaciUn viaje a la Estacióón Espacialn Espacial
InternacionalInternacional
Por favor, abróchense los
cinturones.
Por favor, abrPor favor, abróóchense loschense los
cinturones.cinturones.
Se inicia la cuenta atrás.Se inicia la cuenta atrSe inicia la cuenta atráás.s.
... 3 ... 2 ... 1...... 3 ... 2 ... 1...... 3 ... 2 ... 1...
¡ IGNICION !¡¡ IGNICION !IGNICION !

77
Aplicaciones:Aplicaciones: ESPACIOESPACIO
ProgramaPrograma ““GeminiGemini””
(10 misiones, 1965(10 misiones, 1965--66)66)
• 3 stacks en paralelo
• Tecnología SPE (General Electric)
• 1 kW, 30 kg, 30 ºC.
• 0.5 l H2O/kWh
•• 33 stacksstacks en paraleloen paralelo
•• TecnologTecnologíía SPE (General Electric)a SPE (General Electric)
•• 11 kWkW, 30, 30 kgkg, 30, 30 ººC.C.
•• 0.5 l0.5 l H2OH2O//kWhkWh
Pilas de CombustiblePilas de Combustible
ProgramaPrograma ““ApolloApollo””
• Tecnología Alcalina
• 1.420 kW, 110 kg, 204 ºC,
• 0.34 l H2O/kWh
•• TecnologTecnologíía Alcalinaa Alcalina
•• 1.4201.420 kWkW, 110, 110 kgkg, 204, 204 ººC,C,
•• 0.34 l0.34 l H2OH2O//kWhkWh

88
• Tecnología Alcalina
• 12 kWp, 91 kg, 85 ºC.
•• TecnologTecnologíía Alcalinaa Alcalina
•• 1212 kWpkWp, 91, 91 kgkg, 85, 85 ººC.C.
SpaceSpace ShuttleShuttle OrbiterOrbiter

1010
¿Qué son las Pilas de
Combustible?
¿¿QuQuéé son las Pilas deson las Pilas de
Combustible?Combustible?

1111
• Definición.
• Principios básicos de funcionamiento.
• Clasificación.
• Componentes.
• Funcionamiento: Curva V-I, Catalizadores,
Potencia y Rendimiento).
• Comparación con baterías y MCI.
• Sistemas de Pilas de Combustible.
• Aplicaciones en el transporte.
CONTENIDOCONTENIDO
DefiniciDefinicióónn
Una Pila de Combustible es un dispositivoUna Pila de Combustible es un dispositivo electroquelectroquíímicomico queque convierteconvierte
directamentedirectamente la energla energíía qua quíímica en energmica en energíía ela elééctrica.ctrica.
Energía
Química
(Combustible+
Oxidante)
Energía
Eléctrica
Energía
Térmica
Energía
Mecánica
Motores Térmicos
Límite de Carnot
ηmáx =1-Tf /Tc
Pilas de Combustible
Combustión
con oxígeno
Generador
η ≈ 1

1212
Principio de básico de funcionamiento
(Pilas PEM)
800-1000
600-650
200-220
50-100
70-80
80-100
TT operacioperacióónn
((ooCC))
H2 y CO del
reformado
interno de gas
natural o
gasificación de
carbón
H2 de reformado
de GN o metanol
Metanol diluido
H2 puro o de
reformado de
compuestos
hidrogenados
H2
CombustibleCombustible
100- 250 kW
100 kW-2 MW
50 kW-10 MW
0.01- 0.2
5-250 kW
5- 150 kW
PotenciaPotencia
40-50
Polímeros
(PEM)
30-40
Metanol Directo
(DMFC)
50-65
Oxido sólidos
(SOFC)
45-60
Carbonatos
(MCFC)
40-45
Ácido Fosfórico
(PAFC)
60
Alcalina
(AFC)
RendimientoRendimiento
(%)(%)
TecnologTecnologííaa
Pilas de Combustible: TiposPilas de Combustible: TiposPilas de Combustible: Tipos

1313
Pilas de Combustible: TiposPilas de Combustible: TiposPilas de Combustible: Tipos
ComponentesComponentes (Pilas PEM)(Pilas PEM)
MEMBRANAS yMEMBRANAS y
ELECTRODOSELECTRODOS

1414
MEAMEA
Unidad básica conversión
electroquímica
MONOCELDAMONOCELDA
MEA + placas terminales
STACKSTACK
Apilamiento de variasApilamiento de varias monoceldasmonoceldas
conectadas elconectadas elééctricamentectricamente
Pilas PEM 2,5 y 5 kW
INTA (1996)
Pilas PEM 2,5 y 5Pilas PEM 2,5 y 5 kWkW
INTA (1996)INTA (1996)
PLACAS BIPOLARESPLACAS BIPOLARES
SeparaciSeparacióónn--DistribuciDistribucióón Gasesn Gases
ConducciConduccióón de corrienten de corriente
PLACAS TERMINALESPLACAS TERMINALES
ActActúúan de terminales elan de terminales elééctricosctricos
y empaquetan el conjuntoy empaquetan el conjunto

1515
Principio de funcionamiento
• El número de celdas en el “stack” determina la tensión total.
• El área de cada celda determina la intensidad total.
• La potencia vendrá dada por el producto de la tensión y la intensidad.
• La diferencia entre el calor de reacción y el trabajo eléctrico
producido es evacuada en forma de calor que puede ser recuperado
para otros usos.
Curva VCurva V--II
Potencia P=VIPotencia P=VI
Características de operación
1,231,23
1,001,00
V=VV=Vidid--ηηoo--ηηactact--ηηΩΩ--ηηcc
vv
ii
PP
iii (i (mAmA/cm/cm22
)) i (i (mAmA/cm/cm22
))
ηηoo
ηηactact
ηηΩΩ
ηηcc

1616
Ni800-1000
600-650
200-220
50-100
70-80
80-100
TT operacioperacióónn
((ooCC))
Ni
Pt
Pt-Ru sobre C
• Pt y Pt con aleaciones (Pt-Ru, Pt-Rh, Pt-Ir, Pt-WO2, Pt-Mo),
más tolerantes al CO.
• Algunas perovskitas: SrPdO3
• Orgánicos: metaloporfirinas, ftalocianinas
• Biocatalizadores: encimas + portadores de carga
Ni, Ag, Oxidos metálicos, Espinelas y Metales nobles
CatalizadorCatalizador áánodonodo
Polímeros
(PEM)
Pt sobre C
Metanol Directo
(DMFC)
Oxidos con estructura de
perovskita: ABO3, principalmente
Manganitas de Lantano sustituidas
(LSM) con Ba, Sr, Ca.
Oxido sólidos
(SOFC)
Carbonatos
(MCFC)
Ácido Fosfórico
(PAFC)
Alcalina
(AFC)
Catalizador cCatalizador cáátodotodoTecnologTecnologííaa
CatalizadoresCatalizadores
RENDIMIENTO ELECTROQURENDIMIENTO ELECTROQUÍÍMICOMICO
εε== εεTT.. εεVV.. εεFF
Rendimiento electroquRendimiento electroquíímicomico
-- Rendimiento termodinRendimiento termodináámicomico
(M(Mááximo intrximo intríínseco)nseco)
εεTT== ∆∆GG//∆∆HH == --nFnF VVeqeq//∆∆HH
-- Rendimiento de FaradayRendimiento de Faraday
-- Rendimiento de voltaje
εεVV= V/= V/VVeqeq
εεFF= I/= I/IImaxmax

1717
PotenciaPotencia vsvs RendimientoRendimiento
PPεε
i (i (mAmA/cm/cm22))
A carga
parcial más
rendimiento
Corriente ContinuaCorriente Continua
No almacenan energía
(No necesitan recarga)
Almacenan Energía
(Necesitan recarga)
PilasPilasBaterBaterííasas
Generación continuaGeneración continua
No límite CarnotLímite de Carnot
PilasPilasMotor C.I.Motor C.I.
ComparaciComparacióónn
Potencia yPotencia y
EnergEnergííaa
desacopladasdesacopladas
A cargaA carga
parcial mparcial mááss
rendimientorendimiento

1818
Ventajas/InconvenientesVentajas/Inconvenientes
Pilas de CombustiblePilas de CombustiblePilas de Combustible
☺ Alta eficiencia.
☺ Respuesta rápida
☺ Sin emisiones.
☺ Carácter modular
☺ Silencioso.
Coste elevado.
Vida algo corta
☺☺ Alta eficiencia.Alta eficiencia.
☺☺ Respuesta rRespuesta ráápidapida
☺☺ Sin emisiones.Sin emisiones.
☺☺ CarCaráácter modularcter modular
☺☺ Silencioso.Silencioso.
Coste elevado.Coste elevado.
Vida algo cortaVida algo corta
Intelligent Energy – Stack 75 kWIntelligentIntelligent EnergyEnergy –– Stack 75Stack 75 kWkW
(EVS-21 – Monaco -2005)
Intelligent Energy – Sistema PC 10 kWIntelligentIntelligent EnergyEnergy –– Sistema PC 10Sistema PC 10 kWkW
Procesador de
Combustible
“STACK”
Acondicionador
de Potencia
Sistema de
recuperación de calor
y potencia
Gas ricoGas rico
en Hen H22
CCCC CACA
Gas de ColaGas de Cola
CalorCalor
ResidualResidual
CACA
Sistemas con pila de combustibleSistemas con pila de combustible
Aplicaciones TransporteAplicaciones Transporte
(Automoci(Automocióón)n)
Aplicaciones EstacionariasAplicaciones Estacionarias
HH22

1919
Utilización del Hidrógeno como
combustible para el transporte
Sistemas de propulsión
Sistemas de propulsión
Sistemas de propulsiónSistemas de propulsiSistemas de propulsióónn
PILA
COMBUSTIBLE
MOTOR
ELECTRICO
TRANSMISION
RUEDAS
MOTOR
COMBUSTION
TRANSMISION
RUEDAS
PILA
COMBUSTIBLE
MOTOR
ELECTRICO
TRANSMISION
RUEDAS
BATERIA
Eléctrico a Pila
de Combustible
Eléctrico a Pila Combustible
Híbrido serie
H2 H2
H2
MCI a
Hidrógeno

2020
Sistemas de propulsión y Combustibles
para un transporte sostenible
Sistemas de propulsiSistemas de propulsióón y Combustiblesn y Combustibles
para un transporte sosteniblepara un transporte sostenible
Ref.: Toyota
¿ Por qué el Hidrógeno?
Combustibles alternativos para
el transporte
¿¿ Por quPor quéé el Hidrel Hidróógeno?geno?
Combustibles alternativos paraCombustibles alternativos para
el transporteel transporte

2121
La necesidad de combustibles alternativosLa necesidad de combustibles alternativosLa necesidad de combustibles alternativos
MOTIVACIONES
1. Asegurar la disponibilidad de recursos energéticos
• Más del 98% del transporte por carretera depende del petróleo.
• Se prevé un fuerte incremento de la demanda.
• Los recursos se localizan en zonas políticamente inestables.
2. Reducir el impacto medioambiental:
• Reducción emisiones de carácter local (CO, HC, NOx, partículas)
• Reducción de emisiones de efecto invernadero (CO2)
MOTIVACIONESMOTIVACIONES
1.1. Asegurar la disponibilidad de recursos energAsegurar la disponibilidad de recursos energééticosticos
•• MMáás dels del 98% del transporte por carretera depende del petr98% del transporte por carretera depende del petróóleo.leo.
•• Se prevSe prevéé un fuerte incremento de la demanda.un fuerte incremento de la demanda.
•• Los recursos se localizan en zonas polLos recursos se localizan en zonas polííticamente inestables.ticamente inestables.
2.2. Reducir el impacto medioambiental:Reducir el impacto medioambiental:
•• ReducciReduccióón emisiones de carn emisiones de caráácter local (CO, HC, NOcter local (CO, HC, NOxx, part, partíículas)culas)
•• ReducciReduccióón de emisiones de efecto invernadero (COn de emisiones de efecto invernadero (CO22))
El Ciclo de Vida del combustibleEl Ciclo de Vida del combustible
““Del Pozo a las RuedasDel Pozo a las Ruedas””
((““WellWell toto WheelsWheels””))
La necesidad de combustibles alternativosLa necesidad de combustibles alternativosLa necesidad de combustibles alternativos

2222
Los Estudios del Pozo a las Ruedas
“Well-to-Wheels”
Los Estudios del Pozo a las RuedasLos Estudios del Pozo a las Ruedas
““WellWell--toto--WheelsWheels””
del Pozo al Tanquedel Pozo al Tanque del Tanque a la Ruedadel Tanque a la Rueda
Consumos energConsumos energíía y Emisiones GEIa y Emisiones GEI
““WellWell--toto--WheelsWheels””
MotordeMotorde
CombustiCombustióónInternanInterna
PilasdePilasde

2323
““WellWell--toto--WheelsWheels””MotordeMotorde
CombustiCombustióónInternanInterna
PilasdePilasde
Potencial de Producción de Combustibles de Automoción de origen
Renovable para Europa después de 2020
- Escenario Alternativo de LBST [EU15] -
Potencial de ProducciónPotencial de ProducciPotencial de Produccióónn

2424
Nº de Vehículos de pasajeros que pueden alimentarse a partir de
Recursos Energéticos Renovables en Europa después de 2020 [EU15]
Potencial de Utilización en AutomociónPotencial de UtilizaciPotencial de Utilizacióón en Automocin en Automocióónn
Utilización del Hidrógeno y las Pilas de
Combustible para el transporte
UtilizaciUtilizacióón del Hidrn del Hidróógeno y las Pilas degeno y las Pilas de
Combustible para el transporteCombustible para el transporte
BarrerasBarreras
• Reducción de la carga de catalizador en
ánodo y cátodo.
• Aumento de la vida del catalizador.
Pilas de
Combustible
• Almacenamiento de H2 a bordo
• Establecimiento de la infraestructura de
producción, transporte, distribución y
suministro (red de “hidrogeneras”).
Hidrógeno

2525
“Hidrógeno Vehicular”
Almacenamiento a bordo
“Hidrógeno Vehicular”
Almacenamiento a bordo
Schlapbach & Züttel, Nature, 15 Nov. 2001
ComparaciComparacióón del Volumen de Almacenamiento de 4n del Volumen de Almacenamiento de 4 kgkg HH22 en un vehen un vehíículoculo
Almacenamiento del Hidrógeno a bordoAlmacenamiento del HidrAlmacenamiento del Hidróógeno a bordogeno a bordo

2626
General Motors
Gravimetric Energy Density vs. Volumetric Energy Density
of Fuel Cell Hydrogen Storage Systems
General MotorsGeneral Motors
Gravimetric Energy Density vs. Volumetric Energy DensityGravimetric Energy Density vs. Volumetric Energy Density
of Fuel Cell Hydrogen Storage Systemsof Fuel Cell Hydrogen Storage Systems
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 5 10 20 25 30
Volumetric Energy Density MJ/lVolumetric Energy Density MJ/l
GravimetricEnergyDensityGravimetricEnergyDensity
MJ/kgMJ/kg
LH2
SysWt% 4.2CGH2
SysWt% 3.7
700bar
Advanced
LH2 Tank
SysWt% 8.2
HT+ MT- Metal
Hydrides
SysWt% 3.3 - 3.4
LT- Metal
Hydride
SysWt% 1.2
15
DOE-Goal:
SysWt%6.0
.
= Minimum Performance Goal= Minimum Performance Goal
= Ultimate Technology Goal= Ultimate Technology Goal
Gasolina
Almacenamiento del Hidrógeno a bordoAlmacenamiento del HidrAlmacenamiento del Hidróógeno a bordogeno a bordo
Transporte de Hidrógeno
Logística de Distribución
de Hidrógeno.
Transporte de Hidrógeno
Logística de Distribución
de Hidrógeno.

2727
ALMACENAMIENTO Y DISTRIBUCIONALMACENAMIENTO Y DISTRIBUCIONALMACENAMIENTO Y DISTRIBUCION
Logística de Distribución de HidrógenoLogLogíística de Distribucistica de Distribucióón de Hidrn de Hidróógenogeno
Transporte y Distribución del HidrógenoTransporte y DistribuciTransporte y Distribucióón del Hidrn del Hidróógenogeno
El transporte de hidrógeno por gasoducto
requiere 4,6 veces más energía que el
transporte del gas natural (por unidad de
energía transportada)
El transporte de hidrógeno por gasoducto
requiere 4,6 veces más energía que el
transporte del gas natural (por unidad de
energía transportada)
El transporte de hidrógeno licuado por
barco o camión a largas distancias, lleva
asociadas altas pérdidas de energía por
evaporación
El transporte de hidrógeno licuado por
barco o camión a largas distancias, lleva
asociadas altas pérdidas de energía por
evaporación
La utilización de hidrógeno para fines energéticos a
largo plazo se basará en la construcción e interconexión
de una infraestructura de producción distribuida,
además de la producción centralizada
La utilización de hidrógeno para fines energéticos a
largo plazo se basará en la construcción e interconexión
de una infraestructura de producción distribuida,
además de la producción centralizada

2828
Utilización de Pilas de
Combustible en el transporte
Transporte Terrestre
Transporte Terrestre
11 22 33
44 55 66
Algunos coches propulsados por pila de combustible:
1- Honda Clarity ; 2- Mercedes Clase B; 3- Toyota FCHV adv:
4- Kia Borrege FCEV; 5- GM Hydrogen4; 6- Cadillac Provoq;
1- Honda Clarity ; 2- Mercedes Clase B; 3- Toyota FCHV adv:
4- Kia Borrege FCEV; 5- GM Hydrogen4; 6- Cadillac Provoq;
Pilas de Combustible:
Transporte Terrestre - Coches
Pilas de Combustible:Pilas de Combustible:
Transporte TerrestreTransporte Terrestre -- CochesCoches
http://www.fuelcells.org/info/charts/carchart.pdf ; http://www.hydrogencarsnow.com
http://www.h2mobility.org

2929
7- Ford Fusion H2-999; 8- Tongji Passat; 9- Hyunday e-blue;
10-Peugeot ePURE; 11- Suzuki Wagon ; 12- Audi A2
7- Ford Fusion H2-999; 8- Tongji Passat; 9- Hyunday e-blue;
10-Peugeot ePURE; 11- Suzuki Wagon ; 12- Audi A2
77 88 99
1010 1111 1212
Transporte Terrestre - Coches
Transporte TerrestreTransporte Terrestre -- CochesCoches
11 22 33
44 55 66
Algunos autobuses propulsados por pila de combustible:
1- Daimler-Chrisler-Citaro; 2- Irisbus -Citycell; 3- Toyota Hino;
4- Tsingua Univ.; 5- MAN-Argemuc; 6- Autotram;
1- Daimler-Chrisler-Citaro; 2- Irisbus -Citycell; 3- Toyota Hino;
4- Tsingua Univ.; 5- MAN-Argemuc; 6- Autotram;
Transporte Terrestre - Autobuses
Transporte TerrestreTransporte Terrestre -- AutobusesAutobuses
http://www.fuelcells.org/info/charts/buses.pdf; http://www.h2mobility.org

3030
7- Scania; 8- Thor ThunderPower; 9- Proton Motors;
10- Ballard P4 Zebuss; 11- Neoplan; 12- Georgetown University
7- Scania; 8- Thor ThunderPower; 9- Proton Motors;
10- Ballard P4 Zebuss; 11- Neoplan; 12- Georgetown University
77 88 99
1010 1111 1212
Transporte Terrestre - Autobuses
Transporte TerrestreTransporte Terrestre -- AutobusesAutobuses
Algunas motos propulsadas por pila de combustible:
1- Yamaha FC-Dii ; 2- Suzuki Crossage; 3- Yamaha FC-Aqel
4- Honda Cub; 5- Intelligent Energy ENV; 6- Japan Steel Works
Algunas motos propulsadas por pila de combustible:
1- Yamaha FC-Dii ; 2- Suzuki Crossage; 3- Yamaha FC-Aqel
4- Honda Cub; 5- Intelligent Energy ENV; 6- Japan Steel Works
11 22 33
44 55 66
Transporte Terrestre - Motocicletas
Transporte TerrestreTransporte Terrestre -- MotocicletasMotocicletas

3131
Transporte Terrestre - Motocicletas
Transporte TerrestreTransporte Terrestre -- MotocicletasMotocicletas
“Rickshaw” a Hidróogeno
Baranas Hindu University (India)
“Rickshaw” a Hidróogeno
Baranas Hindu University (India)
Vehículos especiales propulsados por pila de combustible:
1- Carretilla elevadora Exide-Ballard; 2- Vehículo carga maletas-Besel;
3- Vehículo golf – AJUSA; 4- Delfin - INTA; 5- HyChair - Besel
Vehículos especiales propulsados por pila de combustible:
1- Carretilla elevadora Exide-Ballard; 2- Vehículo carga maletas-Besel;
3- Vehículo golf – AJUSA; 4- Delfin - INTA; 5- HyChair - Besel
44 55
11 22 33
Transporte Terrestre – Vehículos Especiales
Transporte TerrestreTransporte Terrestre –– VehVehíículos Especialesculos Especiales

3232
Locomotoras propulsadas por pila de combustible:
1- NE Train-Japan Railway Company; 2- Kawasak Fuel Cell Train;
3- BNSFRailway; 4- Rail Power Technologies
Locomotoras propulsadas por pila de combustible:
1- NE Train-Japan Railway Company; 2- Kawasak Fuel Cell Train;
3- BNSFRailway; 4- Rail Power Technologies
11 22 33
44
Transporte Terrestre - Trenes
Transporte TerrestreTransporte Terrestre -- TrenesTrenes
Transporte Aéreo
Transporte Aéreo

3333
Aviones propulsados por pila de combustible:
1- Antares - DLR; 2- Boeing R&D Europe;
3- Avizor - INTA; 4- Helios – NASA; 5- Ion Tiger – US Navy
Aviones propulsados por pila de combustible:
1- Antares - DLR; 2- Boeing R&D Europe;
3- Avizor - INTA; 4- Helios – NASA; 5- Ion Tiger – US Navy
11 22
33 44 55
Transporte Aereo - Aviones
TransporteTransporte AereoAereo -- AvionesAviones
Transporte Marítimo
Transporte Marítimo

3434
Algunos barcos propulsados por pila de combustible:
1- Nemo - Amsterdam; 2- Besel HyBoat;
3- Viking Lady (MCFC 320 kW); 4- U212 - HDW
Algunos barcos propulsados por pila de combustible:
1- Nemo - Amsterdam; 2- Besel HyBoat;
3- Viking Lady (MCFC 320 kW); 4- U212 - HDW
Transporte Marítimo – Barcos y Submarinos
Transporte MarTransporte Maríítimotimo –– Barcos y SubmarinosBarcos y Submarinos
1 2
3 4
Aplicaciones del hidrAplicaciones del hidróógeno engeno en
generacigeneracióón de potencian de potencia
estacionariaestacionaria

3535
Aplicaciones del H2 :
• Aumento de la eficiencia y disminución de las emisiones
en generación centralizada y distribuida (MCI, turbinas, pilas).
• Amortiguar el carácter intermitente de los generadores
renovables y aumentar su predictibilidad.
• Gestión de la carga (variabilidad diurna y estacional).
• Reducir la necesidad de reforzar las líneas de transporte y
de distribución.
• Calidad del suministro de electricidad (pilas de combustible):
Compensación y protección ante fallos en la red.
Compensación del voltaje.
Recuperación de la frecuencia.
Aplicaciones del H2 :
• Aumento de la eficiencia y disminución de las emisiones
en generación centralizada y distribuida (MCI, turbinas, pilas).
• Amortiguar el carácter intermitente de los generadores
renovables y aumentar su predictibilidad.
• Gestión de la carga (variabilidad diurna y estacional).
• Reducir la necesidad de reforzar las líneas de transporte y
de distribución.
• Calidad del suministro de electricidad (pilas de combustible):
Compensación y protección ante fallos en la red.
Compensación del voltaje.
Recuperación de la frecuencia.
H2 en aplicaciones estacionariasHH22 en aplicaciones estacionariasen aplicaciones estacionarias
Pilas de Combustible: Emisiones CO2Pilas de Combustible:Pilas de Combustible: Emisiones COEmisiones CO22
Emisiones de CO2 en Pilas de Combustible
(combustible GN y ciclo de vida completo)
Emisiones de CO2 en Pilas de Combustible
(combustible GN y ciclo de vida completo)

3636
Pilas de Combustible: Eficiencia EléctricaPilas de Combustible:Pilas de Combustible: Eficiencia ElEficiencia Elééctricactrica
Fuente: IFEU Wupertal Institut
Las pilas de combustible alcanzan eficiencias similares a
los Ciclos Combinados pero con mucho menor tamaño
Las pilas de combustible alcanzan eficiencias similares a
los Ciclos Combinados pero con mucho menor tamaño
H2 y Pilas de Combustible para Cogeneración
Las pilas de combustible estacionarias pueden ocupar el hueco
entre las unidades de cogeneración de gran escala y las pequeñas
calderas, extendiendo así los beneficios de la cogeneración hasta
el ámbito de los edificios
H2 y Pilas de Combustible para Cogeneración
Las pilas de combustible estacionarias pueden ocupar el hueco
entre las unidades de cogeneración de gran escala y las pequeñas
calderas, extendiendo así los beneficios de la cogeneración hasta
el ámbito de los edificios
H2 en aplicaciones estacionarias: PilasHH22 en aplicaciones estacionarias:en aplicaciones estacionarias: PilasPilas

3737
H2 en aplicaciones estacionarias: MCI, TurbinasHH22 en aplicaciones estacionarias:en aplicaciones estacionarias: MCI, TurbinasMCI, Turbinas
H2 en Motores de Combustión Interna y Turbinas:
• Si hay hidrógeno disponible, podrá utilizarse a corto plazo
en MCI adaptados y en Turbinas.
• Los objetivos que se están planteando en este caso son
los siguientes:
Eficiencia del motor al menos 22%
Baja emisión de NOx.
H2 en Motores de Combustión Interna y Turbinas:
• Si hay hidrógeno disponible, podrá utilizarse a corto plazo
en MCI adaptados y en Turbinas.
• Los objetivos que se están planteando en este caso son
los siguientes:
Eficiencia del motor al menos 22%
Baja emisión de NOx.
Fuente:
Proyecto HyICE
H2 en aplicaciones estacionarias: CentralizadaHH22 en aplicaciones estacionarias:en aplicaciones estacionarias: CentralizadaCentralizada
La clara ventaja de usar hidrógeno en pilas de
combustible estacionarias en Generación
Centralizada es que la alta eficiencia de las pilas
se combina con emisiones nulas de CO2
• El H2 es un elemento clave en los procesos de precombustión
para la captura y almacenamiento del CO2 en las plantas de
producción eléctrica a partir de carbón.
• El H2 y las pilas de combustible pueden integrarse en las
plantas GICC para mejorar su eficiencia y disminuir las
emisiones.
• El H2 es un elemento clave en los procesos de precombustión
para la captura y almacenamiento del CO2 en las plantas de
producción eléctrica a partir de carbón.
• El H2 y las pilas de combustible pueden integrarse en las
plantas GICC para mejorar su eficiencia y disminuir las
emisiones.
Central eléctrica de Elcogas
(Puertollano – Ciudad Real)
Central elCentral elééctrica dectrica de ElcogasElcogas
(Puertollano(Puertollano –– Ciudad Real)Ciudad Real)

3838
H2 en aplicaciones estacionarias: CentralizadaHH22 en aplicaciones estacionarias:en aplicaciones estacionarias: CentralizadaCentralizada
Central eléctrica de Elcogas
(Puertollano – Ciudad Real)
Central elCentral elééctrica dectrica de ElcogasElcogas
(Puertollano(Puertollano –– Ciudad Real)Ciudad Real)
H2 en aplicaciones estacionarias: DistribuidaHH22 en aplicaciones estacionarias:en aplicaciones estacionarias: DistribuidaDistribuida

3939
Las dos razones principales para el despliegue
del hidrógeno en el sector estacionario son:
• Derivar H2 para energía en el transporte.
• Utilizar H2 para almacenamiento de energía de
fuentes intermitentes y para nivelado de la
carga (en isla y en red).
Las dos razones principales para el despliegue
del hidrógeno en el sector estacionario son:
• Derivar H2 para energía en el transporte.
• Utilizar H2 para almacenamiento de energía de
fuentes intermitentes y para nivelado de la
carga (en isla y en red).
La clara ventaja de usar hidrógeno en pilas de
combustible estacionarias en Generación
Distribuida es que la alta eficiencia de las pilas se
combina con emisiones nulas de CO2
H2 para energía en el transporte.
• Los excedentes de producción de electricidad renovable pueden
derivarse a la red de distribución de combustibles para el transporte.
• El desarrollo de una infraestructura de distribución de hidrógeno para
el transporte favorecerá el uso del hidrógeno en pilas estacionarias,
aunque estas pilas a corto plazo utilizarán combustibles distintos al
hidrógeno (gas natural, gas de síntesis, biogás)
H2 para energía en el transporte.
• Los excedentes de producción de electricidad renovable pueden
derivarse a la red de distribución de combustibles para el transporte.
• El desarrollo de una infraestructura de distribución de hidrógeno para
el transporte favorecerá el uso del hidrógeno en pilas estacionarias,
aunque estas pilas a corto plazo utilizarán combustibles distintos al
hidrógeno (gas natural, gas de síntesis, biogás)

4040
H2 para almacenamiento de energía
(Integración de Energías Renovables)
El Hidrógeno puede proporcionar opciones de almacenamiento
para energías renovables de carácter intermitente (FV, eólica),
estacional (hidroeléctrica) y permanentes (geotérmica)
H2 para almacenamiento de energía
(Integración de Energías Renovables)
El Hidrógeno puede proporcionar opciones de almacenamiento
para energías renovables de carácter intermitente (FV, eólica),
estacional (hidroeléctrica) y permanentes (geotérmica)
Ventajas
• Baja autodescarga
• Proceso limpio
Ventajas
• Baja autodescarga
• Proceso limpio
Desventajas
• Baja eficiencia (<40%)
• Coste y Duración
Desventajas
• Baja eficiencia (<40%)
• Coste y Duración
Tecnologías competidoras:
Baterías, Condensadores, Redox, Volantes inercia, Aire comprimido
Tecnologías competidoras:
Baterías, Condensadores, Redox, Volantes inercia, Aire comprimido
Hidrógeno y ElectricidadHidrHidróógeno y Electricidadgeno y Electricidad
Hidrógeno
ElectrolizadorElectrolizador
Pila dePila de
OO22
AguaAgua

4141
Interacción Generación
Eólica y Red
Interacción Generación
Eólica y Red
Estabilidad
Predictibilidad
Estabilidad
Predictibilidad
Penetración
Factor de Capacidad
Penetración
Factor de Capacidad
Generadores eólicosGeneradores eólicos
Operador de la redOperador de la red
Hidrógeno: Integración de RenovablesHidrHidróógeno: Integracigeno: Integracióón de Renovablesn de Renovables
Bus DC
Electrolizador
H2
H2
H2OH2O
Interface
Generador
Interface
Red
Electrónica de potencia - Gestión de carga
Producción de H2
como carga
despachable
Producción de H2
como carga
despachable
Producción de Hidrógeno
a partir de Energía Eólica

4242
Bus DC
Batería Pila Combust.
MCI, Turbina
H2
H2
H2OH2O
H2 para
electricidad
despachable
H2 para
electricidad
despachable
Electrónica de potencia - Gestión de carga
Interface
Generador
Interface
Red
Electrolizador
Proyecto de la isla de UTSIRA (Noruega)Proyecto de la isla de UTSIRA (Noruega)

4343
RES2H2
Integration of RES into European energy sectors using H2
( EC-5FP, Contract nº ENK5-CT-2001-00536 )
RES2H2
Integration of RES into European energy sectors using H2
( EC-5FP, Contract nº ENK5-CT-2001-00536 )
Energíaeólica
Osmosis inversa
Electrólisis
Agua
Oxigeno
Hidrógeno
Pila
Redeléctrica
Proyecto RES2H2: Islas Canarias y GriegasProyecto RES2H2: Islas Canarias y Griegas
Otros usos del Hidrógeno en
aplicaciones estacionarias
Otros usos del Hidrógeno en
aplicaciones estacionarias

4444
Otros usos del H2 en aplicaciones estacionariasOtros usos del HOtros usos del H22 en aplicaciones estacionariasen aplicaciones estacionarias
Mezclas H2 - Gas Natural
• En principio el hidrógeno puede utilizarse en todos los equipos
que usan gas natural.
• El hidrógeno puede mezclarse con el gas natural y distribuirse a
través de las tuberías de GN (Haines et al, 2004) :
Hasta un 3% vol. (1% en términos de energía) sin cambios en los
dispositivos.
Hasta el 12% vol. (4% en términos de energía) sin cambios en los
dispositivos de uso de GN contemplados en la normativa europea de
1998
Los gasoductos de GN podrían manejar hasta un 25% vol. (9% en
términos de energía), pero se requieren modificaciones en los
dispositivos de uso final de la mezcla.
Mezclas H2 - Gas Natural
• En principio el hidrógeno puede utilizarse en todos los equipos
que usan gas natural.
• El hidrógeno puede mezclarse con el gas natural y distribuirse a
través de las tuberías de GN (Haines et al, 2004) :
Hasta un 3% vol. (1% en términos de energía) sin cambios en los
dispositivos.
Hasta el 12% vol. (4% en términos de energía) sin cambios en los
dispositivos de uso de GN contemplados en la normativa europea de
1998
Los gasoductos de GN podrían manejar hasta un 25% vol. (9% en
términos de energía), pero se requieren modificaciones en los
dispositivos de uso final de la mezcla.
Sistemas regenerativos con pilas de combustibleSistemas regenerativos con pilas de combustible
Aplicaciones:
• Espacio
• Telecomunicación
• Generación dispersa
Aplicaciones:
• Espacio
• Telecomunicación
• Generación dispersa
Otros usos del H2 en aplicaciones estacionariasOtros usos del HOtros usos del H22 en aplicaciones estacionariasen aplicaciones estacionarias
Hidrógeno y Pilas de
Combustible en
Sistemas Remotos
Hidrógeno y Pilas de
Combustible en
Sistemas Remotos

4545
HidrHidróógenogeno SolarSolar
19901990 ––19951995
””El ArenosilloEl Arenosillo”” (Huelva)(Huelva)
Programa INTA en Hidrógeno y Pilas de CombustiblePrograma INTA en HidrPrograma INTA en Hidróógeno y Pilas de Combustiblegeno y Pilas de Combustible
7.5 kWp Campo PV
6 bar H2250 bar
Electrolizador
Alcalino
1 Nm3 H2/h
CGH2
Hidruros
Metálicos
Programa INTA en Hidrógeno y Pilas de CombustiblePrograma INTA en HidrPrograma INTA en Hidróógeno y Pilas de Combustiblegeno y Pilas de Combustible
Hidrógeno y Pilas de Combustible en Sistemas RemotosHidrógeno y Pilas de Combustible en Sistemas Remotos

4646
Sistema Remoto = Sistema alejado de las líneas eléctricasSistema Remoto = Sistema alejado de las líneas eléctricas

4747
Generación dispersa de electricidad
Renovables, Hidrógeno y Pilas de Combustible

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