PILAS DE PILAS DE COMBUSTIBLECOMBUSTIBLE

COGENERACIÓNCOGENERACIÓN

PILAS DE COMBUSTIBLEPILAS DE COMBUSTIBLE1. Funcionamiento.2. Ventajas y desventajas.3. Aplicaciones.

COGENERACIÓNCOGENERACIÓN1. Funcionamiento.2. Ventajas y desventajas.3. Aplicaciones.

PILAS DE COMBUSTIBLE PILAS DE COMBUSTIBLE FUNCIONAMIENTO

En 1838, Christian Friedrich Schoenbein descubrió los principios básicos de la pila de combustible.

En 1839, Sir William Robert Grove usó cuatro celdas grandes, con H2 y O2 para producir energía eléctrica

que a su vez se podía usar para generar hidrógeno y oxígeno (en la celda superior, más pequeña); fueron

los primeros prototipos de laboratorio

(en 1845 fue la demostración

definitiva).

PILAS DE COMBUSTIBLE PILAS DE COMBUSTIBLE FUNCIONAMIENTO

PILAS DE COMBUSTIBLE PILAS DE COMBUSTIBLE FUNCIONAMIENTO

PILAS DE COMBUSTIBLE PILAS DE COMBUSTIBLE FUNCIONAMIENTO

Principales tipos de pilas de combustible y sus característicasTipo y

Siglas eninglés

Electrolito Temperatura Combustible Aplicaciones Ventajas Desventajas

poliméricas(PEMa)

Nafion 60-100 ºC H2

transporteequipos

portátileselectricidad

baja temperatura, arranquerápido, electrolito sólido(reduce corrosión, fugas,

etc.)

la baja temp. requierecatalizadores caros (Pt) y

H2 puro

alcalinas(AFC)

KOH (aq.) 90-100 ºC H2militares

espaciales

mejores prestaciones decorriente debido a su rápida

reacción catódica

requiere eliminar el CO2de aire y combustible.

de ácidofosfórico(PAFC)

H3PO4 175-200 ºC H2 electricidad

eficiencia de hasta un 85%(con cogeneración de calory electricidad), posibilidadde usar H2 impuro como

combustible

catalizador de Pt,corriente y potencia

bajas,peso y tamaño elevados

de carbonatosfundidos(MCFC)

carbonatosLi, Na, K

600-1000 ºC H2 electricidadventajas derivadas de las

altas temperaturasb

las altas temperaturasaumentan la corrosión yruptura de componentes

de óxido sólido(SOFC)

(Zr,Y)O2 800-1000 ºC H2 electricidad

ventajas derivadas de lasaltas temperaturasb,

electrolito sólido (reducecorrosión, fugas, etc.)

las altas temperaturasfacilitan la ruptura de

componentes (sellos...)

conversióndirecta demetanol(DMFC)

Nafion 60-100 ºC CH3OH

transporteequipos

portátileselectricidad

combustible líquido, máscercano a la tecnología

actual, mas las ventajas delas PEM

a) PEM (Proton Exchange Membrane, o Polymer Electrolyte Membrane).b) Mejor conductividad y mayor corriente, mayor eficiencia, posibilidad de usar catalizadores más baratos que el platino y flexibilidad para usar otro tipo de

combustibles (incluso hidrocarburos).

PILAS DE COMBUSTIBLE PILAS DE COMBUSTIBLE VENTAJAS Y DESVENTAJAS

BENEFICIOS+ Suma limpieza: sólo desprenden vapor de agua y calor.

+ Mayor rendimiento: dobla el de los motores de explosión usuales.

+ Hidrógeno como reserva energética.

PROBLEMAS- Materiales caros y/o poco abundantes: platino, Nafion...

- Hidrógeno puro no se encuentra en la naturaleza: gasto económico y energético (combustible “secundario”). Posible contaminación.

- Conservación del hidrógeno en estado líquido a 20º Kelvin a presión atmosférica: baja la eficiencia y aumenta el peso del vehículo.

- Problemas con el transporte y distribución del hidrógeno: resulta más conveniente utilizar el hidrógeno en su lugar de producción.

PILAS DE COMBUSTIBLE PILAS DE COMBUSTIBLE APLICACIONES

AUTOMOCIÓN

PILAS DE COMBUSTIBLE PILAS DE COMBUSTIBLE APLICACIONES

AUTOMOCIÓN

PILAS DE COMBUSTIBLE PILAS DE COMBUSTIBLE APLICACIONES

AUTOMOCIÓN

PILAS DE COMBUSTIBLE PILAS DE COMBUSTIBLE APLICACIONES

FÁBRICA DE ENERGÍA EN CASA

PILAS DE COMBUSTIBLE PILAS DE COMBUSTIBLE APLICACIONES

APARATOS

PORTÁTILES

COGENERACIÓN COGENERACIÓN FUNCIONAMIENTO

La cogeneración no es una tecnología sino un concepto de producción eficiente de energía.

La eficiencia de la cogeneración se basa en el aprovechamiento del calor residual de un proceso de producción de electricidad. Este calor residual se aprovecha para producir energía térmica útil (vapor, agua caliente, aceite térmico, agua fría para refrigeración, etc.). Por este motivo los sistemas de cogeneración están ligados a un centro consumidor de esta energía térmica.

Los sistemas de cogeneración son sistemas de producción conjunta de electricidad (o energía mecánica) y de energía térmica útil partiendo de un

único combustible.

Este aprovechamiento simultáneo de electricidad y calor permite obtener elevados índices de ahorro energético, así como una disminución importante

de la factura energética, sin alterar el proceso productivo.

La cogeneración es un sistema conocido que ha demostrado durante décadas su fiabilidad y eficiencia técnica, aunque su viabilidad económica ha ido

fluctuando según la estructura de los precios y la oferta energética disponible.

COGENERACIÓN COGENERACIÓN FUNCIONAMIENTO

COGENERACIÓN COGENERACIÓN FUNCIONAMIENTO

La cogeneración como medida de uso racional de la energía produce un ahorro de energía primaria

muy importante.

Debido al aprovechamiento del calor residual, los sistemas de cogeneración presentan rendimientos

globales del orden del 85%. Así pues, existe un importante ahorro de energía primaria que puede ser cuantificado de forma aproximada tal como se

refleja en el esquema.

Este ahorro energético se incrementa notablemente si se utilizan energías residuales.

Además, esta tecnología reduce el impacto ambiental debido al ahorro de energía primaria

que implica. Si tenemos en cuenta que para producir una unidad eléctrica por medios

convencionales se necesitan 3 unidades térmicas, mientras que en cogeneración se necesitan 1,5

unidades, la cantidad total de agentes contaminantes emitidos se verá disminuida en un

50%.

COGENERACIÓN COGENERACIÓN FUNCIONAMIENTO

Sistemas de Cogeneración

1. Sistemas con turbina de gas: se quema combustible en un turbogenerador, cediendo parte de su energía para producir energía mecánica. Los gases que salen de la turbina (a unos 500ºC) se pueden aprovechar directamente para secado o bien producir vapor (ciclo simple).

2. Sistemas con turbina de vapor: la energía mecánica se produce por la expansión del vapor de alta presión procedente de una caldera convencional.

3. Cogeneración con ciclo combinado: la aplicación conjunta de una turbina de gas y una turbina de vapor.

4. Sistemas basados en motores alternativos: el elemento motriz es un motor de explosión, mientras que el calor recuperable se encuentra en forma de gases calientes y agua caliente ( Circuito Refrigeración).

COGENERACIÓN COGENERACIÓN VENTAJAS Y DESVENTAJAS

La cogeneración de alta eficiencia, al producir conjuntamente calor y electricidad en el centro de consumo térmico, aporta los siguientes beneficios:

1. Disminución de los consumos de energía primaria.

2. Disminución de las importaciones de combustible (ahorros en la balanza de pagos del país).

3. Reducción de emisiones de gases de efecto invernadero. (Herramienta para el cumplimiento del Protocolo de Kyoto)

4. Disminución de pérdidas en el sistema eléctrico e inversiones en transporte y distribución.

5. Aumento de la garantía de potencia y calidad del servicio eléctrico.

6. Aumento de la competitividad industrial y de la competencia en el sistema eléctrico.

7. Promoción de pequeñas y medianas empresas de construcción y operación de plantas de cogeneración.

COGENERACIÓN COGENERACIÓN VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Las centrales de cogeneración de electricidad-calor pueden alcanzar un rendimiento energético del orden del 90%.

El procedimiento es más ecológico, ya que durante la combustión el gas natural libera menos dióxido de carbono (CO2) y óxidos de nitrógeno (NOX)

que el petróleo o el carbón.

Es el proceso más eficiente y menos contaminante para producir electricidad a partir de gas natural y derivados del

petróleo.

COGENERACIÓN COGENERACIÓN VENTAJAS Y DESVENTAJAS

TIPO VENTAJAS DESVENTAJAS

TURBINADE GAS

• Amplia gama de aplicaciones.• Muy fiable.• Elevada temperatura de la energía térmica.• Rango desde 0,5 a 100 MW.• Gases con alto contenido en oxígeno.

• Limitación en loscombustibles

• Tiempo de vidarelativamente corto

TURBINADE VAPOR

• Rendimiento global muy alto.• Extremadamente segura.• Posibilidad de emplear todo tipo de

combustibles.• Larga vida de servicio.• Amplia gama de potencias.• Coste elevado.

• Baja relación electricidad /calor.

• No es posible alcanzar altaspotencias eléctricas.

• Puesta en marcha lenta.

MOTORALTERNATIVO

• Elevada relación electricidad / calor.• Alto rendimiento eléctrico.• Bajo coste.• Tiempo de vida largo.• Capacidad de adaptación a variaciones de

la demanda.

• Alto coste demantenimiento.

• Energía térmica muydistribuida y a bajatemperatura.

COGENERACIÓN COGENERACIÓN APLICACIONES

La cogeneración puede aplicarse a cualquier tipo de instalación, basta con que el usuario tenga necesidades térmicas (vapor, agua caliente, gases calientes, frío, etc.) de mediadas a altas durante un periodo de tiempo prolongado (más de 5000 horas/año), o bien produzca combustibles

residuales o afluentes térmicos de suficiente nivel.

Se puede aplicar a diferentes sectores, pero el industrial es el que cuenta con mayores oportunidades para implantar esta tecnología debido a su

utilización en todo tipo de industrias que necesiten vapor, agua caliente, gases calientes, etc., con el suficiente nivel de demanda.

En el sector industrial los subsectores potencialmente cogenerados son:

Químico Papel y Cartón

Petroquímico Alimentario

Siderurgia Textil

Cerámico Ladrillos

Automoción Madera

COGENERACIÓN COGENERACIÓN APLICACIONES

Héctor Girón Alonso