8/16/2019 Producción de Hidrógeno en parque eolicos

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instalada y el crecimiento esperado enlos próximos años, adquiere una granimportancia el mitigar y corregir lasdesventajas que posee la generacióneólica. Se convierte en indispensablegestionar la energía vertida a la redpor los aerogeneradores. Por lo tanto,es necesario investigar y desarrollartecnologías orientadas a corregirla variabilidad del recurso y laposibilidad de ajustar la ofertaa la demanda. Estos desarrollostecnológicos están enfocados haciala predicción y el almacenamientode la energía que los parques eólicosentregan a la red eléctrica.La Administración traslada la

importancia de la gestión de la energíaeólica a los parques mediante el RD436/2004 y el RD 661/2007. Lasinstalaciones de potencias superioresa 10 MW, que no vendan su energíalibremente en el mercado, deben darla previsión de producción de los 24periodos diarios con 30 horas deantelación al inicio de cada día.Se admiten correcciones con una horade antelación al inicio del mercadointradiario. Se establece un costede los desvíos, penalizándose ladesviación excesiva en las previsiones.

Objetivo de la instalaciónEsta instalación permite gestionar,a pequeña escala tratándose de unainstalación experimental, la energía

eólica producida por losaerogeneradores del parque.La finalidad con la que ha sidoconcebida es el desarrollo de sistemasde almacenamiento de la energía eólica.Existen multiplicidad de sistemas dealmacenamiento en función de lacantidad de energía acumulada y deltiempo de almacenamiento necesario.En este proyecto se ha optado pordesarrollar la tecnología de H2 comosistema de almacenamiento energético.Esta decisión se basa en el hecho de queel hidrógeno es uno de los vectores quetiene mayores ventajas ambientales,ya que su combustión apenas produce

En la instalación del GrupoGas Natural, ubicada en el

parque eólico de Sotavento (Galicia),se desarrolla un proyecto que tienecomo finalidad estudiar la idoneidaddel hidrógeno (H2) como medio dealmacenamiento de energía en formagaseosa, en este caso como mediode almacenamiento de la energíaproducida por un parque eólico.Desde hace una serie de décadas ladisminución progresiva de la reservade combustibles fósiles y los problemasambientales asociados a la combustiónde estos han promovido la búsqueda

de energías alternativas a las fósiles,entre ellas las renovables (EERR).

Ventajas de las renovablesEl empleo de las energías renovablesofrece numerosas ventajas:• Son inagotables.• Tanto la producción como el consumo

de energía son los principalesresponsables de las emisiones de gasesde efecto invernadero, por lo tanto, elempleo de energías renovables, queprovocan un impacto ambiental bajo,presenta múltiples ventajas de tipomedioambiental frente al usode otras fuentes.

emisiones contaminantes. En suproducción tendrá un impactomedioambiental mayor o menor enfunción de la energía que se empleepara generarlo.Por lo tanto, si se obtiene medianteenergías renovables, el impactoambiental que provoca es mínimo.Es por esta razón que, en la actualidad,existe un gran interés en el desarrollode proyectos en los que se utiliza elhidrógeno generado a partir de energíasrenovables como almacén energético.

EmplazamientoEsta instalación se encuentra en elparque eólico de Sotavento en eltérmino municipal de Xermade(Lugo), en su límite con el municipiode Monfero (A Coruña).Sotavento Galicia, S.A. se constituyeen 1997 como un parque eólicoexperimental, promovido por la Xunta deGalicia, con el objetivo de crear un nuevoconcepto de parque eólico. Este parquetiene una potencia nominal de 17,56 MWcon 24 aerogeneradores de 5 tecnologías

diferentes y coordina la iniciativa privaday pública en un proyecto donde serepresentan las tecnologías eólicasimplantadas en Galicia. Esta sociedadanónima está participada por tresentidades públicas que form an el 51% delcapital social: el Instituto Energético deGalicia (INEGA), Sodiga Galicia S.C.R.,S.A., y el Instituto para la Diversificacióny el Ahorro de la Energía (IDAE).El parque eólico de Sotavento esun lugar ideal para la ubicación de estainstalación, ya que una de sus finalidadeses acoger actividades de I+D y ser uncentro de formación y divulgaciónde las energías renovables.

Producción yalmacenamientode H 2 en parques eólicosEl Grupo Gas Natural desarrolla unproyecto, en el parque eólico de Sotaventoen Galicia, para utilizar el hidrógeno en laproducción y almacenamiento de energíarenovable. La disminución progresiva delos combustibles fósiles, y los problemasambientales asociados a su combustión,obligan a buscar nuevas alternativasenergéticas con proyección de futuro.

Mila Rey Porto , Dirección de Ingeniería y Tecnología. mreyp@gasnatural.com

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Es indispensablegestionar de formaeficaz la energíavertida a la red porlos aerogeneradores

Vista panorámica del espectacularparque eólico de Sotavento, situadoen Lugo (Galicia), donde se realizaeste proyecto piloto de producciónde hidrógeno.

• A nivel estatal favorecen ladisminución de la dependenciaenergética exterior, ofreciendo unadiversificación de fuentes de energía.

• Contribuyen a la modernizacióny mejora del tejido industrial,a la generación de empleo y,por tanto, al desarrollo regional.

• Permiten proximidad entre el puntode generación y el de consumo,disminuyendo las pérdidas eléctricasproducidas en el transporte.

DesventajasFrente a todas estas ventajas las energías

renovables presentan tres grandesinconvenientes:• La gran variabilidad de los recursos

renovables.• La difícil predicción de éstos.• La dificultad de ajustar la producción

a la demanda.

Gestión de la produccióneléctrica renovableEn la actualidad, en España hay másde 15.000 MW eólicos instaladosque suponen, aproximadamente,una cobertura mayor del 10%de la demanda eléctrica.Dada la magnitud de la potencia eólica

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que forman dos grupos dealmacenamiento de H2, con laposibilidad de aislamiento de cadagrupo. El H2 almacenado puede serconsumido en caso de déficitenergético, es decir, si la cantidad

de energía que producen losaerogeneradores del parque es inferiora la se que ha previsto que generarían.Para llevar a cabo esta función se hainstalado un grupo motogeneradorde 55 kW. El motogenerador presentaun consumo de hasta 70 Nm3/h de H2 a una presión de 25-60 mbar.El H2 almacenado, para ser consumidopor el motogenerador, se descomprimeen una primera etapa hasta 14 bary en una segunda hasta la presión deaspiración del motor. De este modo,se dispone de una instalación quepermite utilizar el hidrógeno comosistema de almacenamiento energético,muy útil para aquellos sistemasenergéticos que utilizan fuentesvariables y, por tanto, difíciles de

gestionar como las energías renovables.Descripción de los equiposElectrolizadorEl electrolizador de Hydrogenics,montado en un contenedor, estáformado por tres salas distintas: laplanta de proceso, la sala de controly de potencia eléctrica, y la sala de los

elementos auxiliares. En la planta deproceso se encuentran los cuatrostacks de celdas. Éstos están constituidos poruna serie de celdas electrolíticasinterconectadas. Cada una de ellascontiene el cátodo, el ánodo y una

membrana inorgánica de intercambioiónico (tecnología patentada IMET).La membrana evita el contacto y lareacción entre el O2 y el H2 que seproducen en los electrodos. Comoelectrolito se utiliza una soluciónacuosa básica de KOH al 30%.Al aplicar una corriente alterna,en los electrodos, se producen lassiguientes reacciones electroquímicas:

Cátodo: 4H2O +4e 2H2 +4OH-Ánodo:4OH O2 + 2H2O + 4e -Reacción global: 2H2O O2 +2H2

El aporte del agua desmineralizadanecesaria en el proceso de electrólisisse produce a través de un lavador,dónde ésta se utiliza para limpiar la

corriente de H2 producido, eliminandolos restos de electrolito que arrastrala corriente de H2.El agua, con restos de electrolito, desdeeste lavador pasa a través del separadorde gas hasta llegar a los stacks de celdas,dónde sufrirá la electrólisis. El H2 y O2 producidos salen de losstacks de celdascada uno hacia su separador de gascorrespondiente. El O2 es liberadodirectamente a la atmósfera.El H2 sufrirá un proceso de secadoy purificación a través de losintercambiadores de calor, un filtrode coalescencia, una columna deeliminación de O2 y dos columnasde secado (una en fu ncionamientoy la otra en regeneración).La sala de control y de potenciaeléctrica contiene el cuadro eléctrico,dos armarios EPS (Electrolyser PowerSuply) y el sistema de control de launidad. También posee un SCA DAque facilita el control, adquisiciónde datos y visualización de losparámetros de funcionamientodel electrolizador. En la sala deelementos auxiliares se encuentraun sistema de purificación del aguade red mediante filtración y ósmosisinversa. También hay una máquinade refrigeración, con freón de lacorriente de H2 producida, y unasoplante que acciona las válvulasneumáticas de la instalación.

Las conexiones del electrolizador selimitan a aportaciones de agua (uncaudal máximo de 60 l/h a presiónatmosférica), alimentación eléctrica(400 V y 50 Hz) y salida de hidrógeno(hasta 60 Nm3/h a una presión de 10bar). Adicionalmente se dispone de uncableado para telecontrol y supervisión.

CompresorTodos los componentes de la planta

de compresión están ubicados dentrode una caseta de hormigón insonorizadapara la instalación a la intemperie, consistema de ventilación y calefacción.El compresor está formado por dosgrupos Bauer Modelo HFS 15.4-13-DUO II, cuyas características técnicasprincipales son:• Presión de aspiración: 2,0 a 4,0 bar• Temperatura de aspiración:

0 hasta +40 C• Temperatura ambiental: -20 hasta

+40º C (ventilación y calefacciónestán integrados en la caseta)

• Presión máxima: 220 bar ajustadosen la válvula de seguridad

• Presión de trabajo: 200 bar• Caudal: 18,0 y 30,9 Nm³/h con

2,0 y 4,0 bar de presión aspiración,respectivamente (a +20ºCy 1.013 mbar)

• Revoluciones: 1.320 rpm• Etapas de compresión: 3• Cilindros: 4• Potencia absorbida con presión

nominal: 7,4 y 12,4 kW con 2,0y 4,0 bar de presión de aspiración,respectivamente.

MonogeneradorEl motogenerador Continental EnergySystems de 55 kW, que emplea comocombustible el hidrógeno, está montadosobre una estructura de base rígiday cuenta con radiador para disipación

de calor, conducto de gas y sistema decontrol. El motogenerador consume H2 a una razón máxima de 70 Nm3/h. Elequipo en conjunto se encuentra en uncontenedor insonorizado.A continuación se describen lasprincipales características técnicasde cada componente: el motor Scaniay el generador Stamford.Las características técnicas del motorScania 12 G son:

• Potencia mecánica: 60 kW• Nº cilindros: 6• Configuración: en línea• Velocidad: 1.500 rpm• Ciclo: OTTO 4 tiemposEl generador Stamford UCI 274 Dtiene una potencia eléctrica de 55 kW.

Evolución del proyectoy situación actualTras la firma de un acuerdo marcoentre la Consellería de In novación,Industria y Comercio de la Xuntade Galicia y Gas Natural SDG, S.A .para el Desarrollo de las EnergíasRenovables en Galicia medianteActuaciones de In novaciónTecnológica, se establece otro másespecífico para la optimización delrecurso energético eólico en Galicia.Ello motiva el diseño y ejecuciónde esta instalación.A mediados de octubre, finalizala construcción y puesta en marchaindividual de cada uno de los equipos.En noviembre de 2007 comenzaronlas pruebas de funcionamientodel conjunto de la instalación,con la obtención de resultadosmuy satisfactorios. En la actualidad,se opera en la instalación con lafinalidad de optimizar su buenfuncionamiento, en los distintosescenarios puntuales de demanday disponibilidad de energía eólica.

Esquema 1.- Equipos de la instalación del parque eólico de Sotavento

En noviembre de2007 comenzaronlas pruebas defuncionamientodel conjunto de lainstalación, con laobtención de unosresultados muysatisfactorios.

Descripción de la instalaciónEn el esquema 1 se representan losequipos principales que conformanesta instalación: electrolizador,compresor, almacenamiento de H2 y motogenerador. La energía eléctrica

excedentaria que genera el parque,es decir, la cantidad de energía queproduce el parque eólico superior a laque había previsto que generaría,se utiliza en un electrolizador.El electrolizador emplea aguadesmineralizada y, en cuatrostacks de celdas electrolíticas consumiendoenergía eléctrica, produce la electrolisisdel agua. El H2 y O2 se obtienen porseparado. El O2, que no es el productoprincipal de este proceso, se libera alambiente. Y el H2 producido a unarazón máxima de 60 Nm3/h y a unapresión de 10 bar pasa por un procesode purificación y secado hastaobtenerlo con una pureza mayor a l99,99 %. Con el fin de aumentar lacapacidad de almacenaje, el hidrógeno

generado se comprime en dos gruposcompresores que admiten hasta 61,8Nm3/h a 4 bar y lo comprimen a 200bar. El H2 a alta presión se almacenaa 200 bar, en un conjunto de sietebloques de 28 botellas cada uno,proporcionando una capacidad dealmacenaje máxima de 1.725 Nm3.Estos bloques se interconectan de modo

Ejemplo de una planta de proceso de electrolizador (izquierda). Y una vistageneral de la instalación en el parque eólico de Sotavento (derecha).

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