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PILAS DE COMBUSTIBLE. UN SIGLO DE ESPERA. PROMESAS Y REALIDADES
Luis Fernández Beites
Ciencia y Tecnología para la Economía del Hidrógeno
Dpto. Ingeniería Eléctrica
Ciencia y Tecnología para la Economía del Hidrógeno
PILAS DE COMBUSTIBLE. UN SIGLO DE ESPERA. PROMESAS Y REALIDADES
2Octubre de 2007
1970 Coche particular con
AFC
1893
SIR WILLIAN GLOVE. 1960
NASA.
0
1970 -1980Investigación.
Reducción costesNuevos materiales
1993Ballard fabrica y comercializa un vehiculo con PC.
1994-97Instalación PAFC
DodFuelCell.
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3Octubre de 2007
20xx
Transporte
Cogeneración
Generación
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4Octubre de 2007
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5Octubre de 2007
1 El hidrógeno atraviesa el ánodo. El oxígeno del aire atraviesa el cátodo.
2 Mediante un catalizador, en el ánodo se extraen eléctrones del hidrógeno. Los iones hidrógeno atraviesan el electrolito.
3 Los electrones no pueden atravesarlo. Viajan a través del circuito externo.
4 Se reintroducen a través del cátodo, uniendose a los iones hidrógeno y el oxigeno para dar agua.
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
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6Octubre de 2007
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7Octubre de 2007
ConocidaElectrolito sólido + alta T
Alta TBaja temperatura,
fácil arranque
Buen comportamiento.
FiabilidadVentajas
CogeneraciónCogen. Doble CC.
Micro
Estacionaria,
Alta potencia
Vehiculos, estacionaria,
Micro-media
Militar, espacioAplicaciones
Catalizador caro. Prestaciones
Alta TCorrosión, alta TCatalizador caro.
Sensible impurezasEliminar CO2 de
fuel y aireInconvenientes
200 kW2 kW- MW200 kW – MW5- 250 kW<5 kWPotencias típicas
Temperatura (ºC)
Combustible
Rendimiento
Electrolito
200600 (ITSOFC) 100060060-10060-120
H2, C02, 1% COH2, CO, Metano…H2, CO, CH
HidrocarbonosHidrógeno con C02Hidrógeno
40%>50%>50%35-45%35-55%
Acido fosfóricoCerámicas conductoras
oxigeno (ZrO2)
Carbonatos de Litio y Potasio
Polímero Sólido (Membrana)
KOH
Acido Fosfórico
(PAFC)
Óxidos Sólidos
(SOFC)
Carbonatos
Fundidos
(MCFC)
Membrana (PEMFC)Alcalinas (AFC)
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8Octubre de 2007
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9Octubre de 2007
PCs ácido fosfórico del DoD
1999
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10Octubre de 2007
Relación entre unidades instaladas y potencias (MW)
Unidades instaladas e incremento de potencia (MW)
INSTALACIONES ESTACIONARIAS
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11Octubre de 2007
Tipo de PC. Porcentaje Localización geográfica
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12Octubre de 2007
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13Octubre de 2007
Rendimiento variable.Mejorable
Generador oAlmacenamiento
de Hidrógeno
Pila de
Combustible
Interfaz HidrógenoInterfaz Eléctrico
Convertidor DC/AC
40% - 60% 80%-95%
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14Octubre de 2007
Rendimiento eléctrico del sistema: 18,04%
Rendimiento eléctrico justo antes del inversor: 24,17%
Rendimiento eléctrico de la pila: 33,97%
Rendimiento eléctrico del sistema: 19,957%
Rendimiento eléctrico justo antes del inversor: 26,4837%
Rendimiento eléctrico de la pila: 30,63%
Rendimiento eléctrico del sistema: 20,28%
Rendimiento eléctrico justo antes del inversor: 27,38%
Rendimiento eléctrico de la pila: 31,60%
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16Octubre de 2007
CENTRAL ELÉCTRICA
C7
C11
C15
TT
IC,PC,Qc
Ig,Pg,Qg
Ia,Pa,Qa
Pr,PCPg,Pa
Qr,QCQg,Qa
V
C6
C5
C4
C10
C9
C8
C12
C14 C13
C16
C20C21
C2
C3
C1
C18
C19
C17
LM1 LM3
LM2 LM4
LM2
LM0
LM6
LM7
IA de protección
CARGAS ESTÁTICAS
R, L
MOTORCARGA
MECÁNICA CONTROLABLE
INVERSOR CALIDAD DE
SERVICIO
SISTEMA PILA COMBUSTIBLE
CLIENTE CALIDAD
DE SERVICIO
Ia,Pa,Qa
CARGA DINÁMICA
RED
GENERADOR DE PERTURBACIONESA CORREGIR
Variaciones tensión Fluctuaciones tensión Huecos tensión Colapso de tensión
Variaciones de frecuencia
Inestabilidad transitoria
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17Octubre de 2007
Pila y Reformador
Almacenamiento hidrógeno
Electrónica y control
Inversor calidad de servicio
Red modelo
Cargas locales
Cogeneración
Pila y Reformador
Almacenamiento hidrógeno
Electrónica y control
Inversor calidad de servicio
Red modelo
Cargas locales
Cogeneración
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