ciencia y tecnología para la economía del hidrógeno

PILAS DE COMBUSTIBLE. UN SIGLO DE ESPERA. PROMESAS Y REALIDADES

Luis Fernández Beites

Ciencia y Tecnología para la Economía del Hidrógeno

Dpto. Ingeniería Eléctrica



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.



3Octubre de 2007

20xx

Transporte

Cogeneración

Generación



4Octubre de 2007



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



6Octubre de 2007



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)



8Octubre de 2007



9Octubre de 2007

PCs ácido fosfórico del DoD

1999



10Octubre de 2007

Relación entre unidades instaladas y potencias (MW)

Unidades instaladas e incremento de potencia (MW)

INSTALACIONES ESTACIONARIAS



11Octubre de 2007

Tipo de PC. Porcentaje Localización geográfica



12Octubre de 2007



13Octubre de 2007

Rendimiento variable.Mejorable

Generador oAlmacenamiento

de Hidrógeno

Pila de

Combustible

Interfaz HidrógenoInterfaz Eléctrico

Convertidor DC/AC

40% - 60% 80%-95%



14Octubre de 2007

Rendimiento eléctrico del sistema: 18,04%

Rendimiento eléctrico justo antes del inversor: 24,17%

Rendimiento eléctrico de la pila: 33,97%









15Octubre de 2007



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



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



18Octubre de 2007



19Octubre de 2007



20Octubre de 2007



21Octubre de 2007



22Octubre de 2007



23Octubre de 2007



24Octubre de 2007



25Octubre de 2007



26Octubre de 2007

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