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35 años de investigación, innovando con energía
HIRÓGENO COMO VECTOR ENERGÉTICO
Parte II
Por: M. en I. Félix Loyola Morales (Instituto de Investigaciones Eléctricas)
“Seminario de Almacenamiento de Energía en Media Tensión” (10-‐Nov-‐2012)
Posgrado en Ingeniería Eléctrica
Universidad Autónoma de San Luis Potosí
35 años de investigación, innovando con energía
Contenido
1. Introducción
2. Generación de hidrógeno vía electrólisis a partir de fuentes
renovables
3. Proyectos en el mundo
4. Recuperación de energía vía Celdas de Combustible
35 años de investigación, innovando con energía
Wind-generated electricity is not constant. The conversion of excess electrical output from the wind generator to hydrogen allows for the storing of energy to be used at times of no wind and thus solves the time-of-use problem.
—Ted Hollinger, president of Hydrogen Engine Center, EUA
Introducción
35 años de investigación, innovando con energía
Introducción
Energía almacenable
Momentos para almacenar energía
35 años de investigación, innovando con energía
Ahmet Ozarslan, International Journal of Hydrogen Energy, Volume 37, Issue 19, October 2012, pages 14265–14277
Cavernas de sal
Almacenamiento de decenas de GWh
35 años de investigación, innovando con energía
Energía solar (FV) Energía eólica
Electrolizador
Red eléctrica
Hidrógeno
Generación de hidrógeno vía electrólisis a partir de fuentes renovables
Disponer
35 años de investigación, innovando con energía
Principio
Reacción global
(4H+) + 4e = 2H2 2H2O = (4H+) + (O2) + 4e
ΔV=1.23V
35 años de investigación, innovando con energía
760 Nm^3 H2/h 28 electrolysers Type S-556 for a production of 21’000 Nm3/ h H2 and 10’500 Nm3 / h O2 in Zimbabwe.
kW W MW
kWh MWh GWh
Recepción de energía
Energía a almacenar
35 años de investigación, innovando con energía
Sistema de energía: Eolica-H2-Celda de combustible en Utsira, Noruega
Planta
35 años de investigación, innovando con energía
Sistema de energía: Eolica-H2-Celda de combustible en Utsira, Noruega
35 años de investigación, innovando con energía
CAPEX: del petróleo y gas natural a la energía eólica-hidrógeno
35 años de investigación, innovando con energía
Hychico: Planta piloto Eólica-Hidrógeno, Diadema, Argentina
35 años de investigación, innovando con energía
Hychico: Planta piloto Eólica-Hidrógeno, Diadema, Argentina
35 años de investigación, innovando con energía
Planta piloto Eólica-Hidrógeno, Pico truncado, Patagonia, Argentina
Producción de H2: 100 N m^3/h
35 años de investigación, innovando con energía
Recuperación de energía vía Celdas de Combustible
Placa de grafito DifusorMEA
H2
O2/aire
Agua + aire
Carga
e-e-
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e-
Ánodo Cátodo
H2O H2O
Placa de grafito DifusorMEA
H2
O2/aire
Agua + aire
Carga
e-e-
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e-
Ánodo Cátodo
H2O H2O
35 años de investigación, innovando con energía
Recuperación de energía vía Celdas de Combustible
Placa de grafito DifusorMEA
H2
O2/aire
Agua + aire
Carga
e-e-
e-
e- e-
e-
Ánodo Cátodo
H2O H2O
Placa de grafito DifusorMEA
H2
O2/aire
Agua + aire
Carga
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e-
e- e-
e-
Ánodo Cátodo
H2O H2O
Reacción ánodo: 2H2 → 4H+ + 4e- Reacción cátodo: O2 + 4e- + 4H+ → 2H2O
Total: 2H2 + O2 → 2H2O
35 años de investigación, innovando con energía
500 1000 1500 2000
0.2
00
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4Potencial teórico (1.23 V) Pot. de equilibrio a P, T, C
Pérdidas de potencial por activación
Pérdidas por concentración
Pérdidas por resistencias óhmicas
Curva de polarización
Densidad de corriente (mA/cm2)
Pot
enci
al d
e ce
lda
(V)
500 1000 1500 2000
0.2
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500 1000 1500 2000
0.2
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0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4Potencial teórico (1.23 V) Pot. de equilibrio a P, T, C
Pérdidas de potencial por activación
Pérdidas por concentración
Pérdidas por resistencias óhmicas
Curva de polarización
Densidad de corriente (mA/cm2)
Pot
enci
al d
e ce
lda
(V) Conductividad eléctrica
Soporte catalítico, Difusor, Placas bipolares, Placas colectoras de corriente.
Conductividad iónica Electrolito (membrana polimérica)
Resistencia a la transferencia de carga
Propiedades fisicoquímicas del electrodo
Transporte de masa Estructura porosa de electrodo, Presión y Temperatura de operación, Velocidad del fluido, Inundación, Mezcla de gas
(Desempeño de una celda de combustible tipo PEM)
35 años de investigación, innovando con energía
Conexión en serie de celdas PEM
No. Celdas: 65 Área activa: 50 cm^2 I (A): ? V (V): ?
BOP Acond. Potencia Control
35 años de investigación, innovando con energía
This fuel cell system supplies backup power for a remote radio tower in Berry Hill, New York (72h o más f(H2))
The Verizon Telecommunications Center in Garden City, New York, is powered by fuel cells
MW kW
35 años de investigación, innovando con energía
Tipo T °C Electrolito Aplicaciones PEM 80 Membrana <200kW PAFC 200 Ac. fosfórico <250kW MCFC 600 Carbonatos 250-3MW SOFC 1000 Óxidos >1MW
Rango de potencia de celas
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