HIRÓGENO - Centro de Investigacion y Estudios de Posgrado ...ciep.ing.uaslp.mx/njjccontrol/images/pdf/Hydrogen_II.pdf · Placas bipolares, Placas colectoras de corriente. Conductividad

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

35 años de investigación, innovando con energía

Introducción

Energía almacenable

Momentos para almacenar energía

35 años de investigación, innovando con energía

Introducción Opciones a estas escalas

35 años de investigación, innovando con energía

Opciones a estas escalas Introducción

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

Conexión de celdas en serie

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-

e-

e- e-

e-

Ánodo Cátodo

H2O H2O

Placa de grafito DifusorMEA

H2

O2/aire

Agua + aire

Carga

e-e-

e-

e- e-

e-

Ánodo Cátodo

H2O H2O

35 años de investigación, innovando con energía

Tipos de celdas de combustible

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

e-e-

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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1.2

1.4

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) 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)

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Conexión en serie de celdas PEM

No. Celdas: 65 Área activa: 50 cm^2 I (A): ? V (V): ?

BOP  Acond.  Potencia  Control  

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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

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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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