Proyectos de producción de hidrógeno mediante energías renovables

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Proyectos de producción de hidrógeno mediante energías renovables Powered By Docstoc
					 Proyectos de producción de
hidrógeno mediante energías
         renovables

Asociación de Investigación y
 Cooperación Industrial de
         Andalucía
          (AICIA)
                        Carlos Bordons
                       Director Gerente
                                 AICIA
     Índice de la presentación

1. Presentación de AICIA
2. Líneas de trabajo relacionadas con hidrógeno
3. Proyectos de I+D+i
4. Proyectos de producción de hidrógeno
  mediante renovables
5. Conclusiones
AICIA es una Asociación Privada sin Ánimo de
Lucro, fundada en 1982.
Hoy es Centro de Innovación y Tecnología.

                   Objetivos:
 Contribuir a la mejora de las empresas mediante la
 I+D+i
 Realizar proyectos de investigación
 Establecer relaciones con entidades públicas y privadas
 Impartir cursos de formación técnica
 Formación de alumnos de Ingeniería
 Premios y becas


                                                           3
           Campos de Actuación
Ingeniería Química         Automática y Sistemas
Ingeniería Mecánica        Robótica
Ingeniería Eléctrica       Ingeniería Aeroespacial
Ingeniería de              Ingeniería Civil
Organización               Transporte
Energía y Medio            Máquinas y Motores
Ambiente                   Térmicos
Ingeniería de Materiales   Fluidomecánica
                           Ingeniería de Proyectos
Ingeniería Electrónica
                           Bioingeniería
Telecomunicaciones
                           otros



                                                     4
    RELACIÓN UNIVERSIDAD-AICIA

UNIVERSIDAD DE
    SEVILLA
                    AICIA actúa como una oficina
ESCUELA TÉCNICA
  SUPERIOR DE            de transferencia de
  INGENIEROS          tecnología de la Escuela
                       Superior de Ingenieros


  CONVENIO             Mundo académico




                                    Acercar

   AICIA
                            Mundo
                          empresarial


                                              5
                 Equipo técnico

• 29 equipos de trabajo
• Personal: 238 (81 contratados)
  – 135 doctores
  – 69 ingenieros y titulados superiores
  – 20 titulados de grado medio
  – 14 administrativos
• 21 becarios de investigación Univ. Sevilla
• 549 becarios alumnos de la E.T.S. Ingenieros

Infraestructuras: Laboratorios y equipos de la ETSI

                                                  6
                                                 Ingresos Totales
15.000
                                                                 12.777
12.000                                                  10.438

 9.000                                    7.981 8.510
                                  7.335
                          6.094
 6.000   4.832   4.644

 3.000

    0
         2000    2001     2002    2003    2004   2005     2006   2007
                         Ingresos Totales (Miles euros)

                                                                          22 Proy Europeos
Clasificación según FEDIT (Federación Española de                         15 CENIT
   Centros de Innovación y Tecnología):                                   128 con empresas
    • 5º centro tecnológico en cuanto a ingresos de
        I+D obtenidos bajo contrato en España
    • 13º en cuanto a ingresos totales en España
    • 1º en Andalucía


                                                                                         7
2. Líneas de trabajo relacionadas
      con el hidrógeno (1/2)
 Modelado y Simulación de sistemas basados
 en H2
 Fluido-dinámica de pilas
 Vehículos con pila de combustible:
   Coches
   Submarinos
   Autobuses
   Vehículos guiados
 Control Automático:
   Pilas de combustible
   Sistemas híbridos


                                       8
Líneas de trabajo relacionadas con
        el hidrógeno (2/2)
 Integración con energía eólica
 Electrónica de potencia
   Aplicaciones estacionarias: generación
   distribuida
   Aplicaciones portables


  Producción de Hidrógeno:
   Reformado
    Electrolisis
   Termosolar
                                            9
    3. Algunos proyectos de I+D+i
ECOTRANS: Eficiencia en el transporte. Proyecto CENIT




                                                   10
                 Proyecto HOMECELL

Acondicionador de potencia de pilas de combustible en aplicaciones aisladas.


       HOMECELL




                                                                               11
   FUELCELL                             Greenpower S.L., HynerGreen
Convertidor de potencia para aplicaciones de pilas de combustible en generación eléctrica en   submarinos
                                  Gas
                                                                                                          VDC

      Fuel            FUEL
                   PROCESSOR                     FUEL CELL                  POWER CONVERTER

                                                                    VDC

                                                      Air
                                      Hidrogen




                                                                                                     12
PARTICIPACIÓN EN EL GRUPO DE TRABAJO 24
(INTEGRACIÓN DE ENERGÍA EÓLICA E
HIDRÓGENO) DEL HYDROGEN IMPLEMENTING
AGREEMENT DE LA AGENCIA INTERNACIONAL
DE LA ENERGÍA
- Análisis de los modelos matemáticos de aerogeneradores y
  electrolizadores para el acoplamiento dinámico de ambos.
- Estado del arte de las herramientas de simulación de sistemas
  eólicos conectados a elementos de la tecnología del hidrógeno




                                                                  13
 ESTUDIOS DE REFORMADORES DIESEL
Proyecto REFORDI: INTA, CSIC, Cidaut
  Análisis, Integración Energética y Control




                                               14
         Vehículos híbridos con Pila PEM

Motor eléctrico de 4 kW
Pila PEM de 5 kW
Baterías propias                 Proyecto Delfin
H2 comprimido                    AICIA-INTA
               Gestión de la potencia




El sistema de control debe satisfacer la demanda del motor eléctrico
usando dos fuentes de potencia:
- Pila PEM (fuente primaria)
- Batería:
    -Picos de potencia (aceleración)
    -Almacenar energía durante el frenando
    -Permite optimizar la eficiencia del vehículo
           Proyecto Hércules- El León

• Motor eléctrico 68 kW                 Santana
• Pila PEM de 56 kW                     Hynergreen
                                        INTA
• Batería NiMH de 12 kW
                                        Carburos Metálicos
                                        Solucar
                                        A. A. Energía


                          AICIA se encarga de:
                          •Convertidores de potencia
                          •Control de la potencia
                          •Control Supervisor
                          •Integración térmica
 4. Producción de hidrógeno mediante
         energías renovables
• A partir de fotovoltaica:
  – INTA
  – Hércules – Las Columnas
• A partir de eólica:
  – Hidrólica
  – W2H2R

  AICIA participa en el diseño,
  dimensionado, operación, convertidores
  de potencia, control automático,
  evaluación y análisis técnico-económico
                                            18
  Hidrógeno como almacenamiento de
      energía de origen renovable
• La conexión de fuentes renovables a la red puede afectar
  a la fiabilidad y a la calidad del suministro
• Fluctuaciones impredecibles del aporte renovable (sol,
  viento, etc.)
• Puede superarse la capacidad de evacuación en un
  momento determinado

• El almacenamiento en forma de H2 puede evitar estos
  problemas
   – Permite la explotación de excedentes de energía primaria
   – Sincronización de oferta y demanda
   – Control de la inyección a red de una fuente renovable



                                                                19
       Uso del hidrógeno como vector
                 energético
• Electrolisis + almacenamiento + pila de
  combustible
Equipos:
   – Electrolizador
   – Pila de combustible
                       rad
   – Compresor                    Pav                           Pg
                             SP
   – Tanque                         Pe                          Pfc
   – Convertidores de
     potencia                            E   H2       H2
                                                           FC


   – Auxiliares                                   h




                                                                      20
  A partir de energía solar fotovoltacia
                       Evaluación de una planta solar
 DESARROLLO DE UNA         para la generación de
ESTACIÓN DE SERVICIO         Hidrógeno de 5kW
   DE HIDRÓGENO
(Proyecto HÉRCULES-
  LAS COLUMNAS)




                       INTA
                       Arenosillo

                                                    21
       A partir de energía eólica
• “Integración de la energía eólica
  con las nuevas tecnologías del
  hidrógeno” (W2H2)
• AICIA: dimensionamiento, diseño
  de detalle y operación

• Banco de ensayos con emulador
  de generador de 50 kW
• Pruebas en un Parque Eólico.
  Aerogenerador de 4.5 MW

                                      22
HIDRÓLICA: OPTIMIZACION DE LA PRODUCCION INTEGRADA DE
   HIDROGENO Y ELECTRICIDAD EN PARQUES EOLICOS
                  AEROGENERADOR



                                                           AERORREFRIGERADOR


                                AGUA DE
                             REFRIGERACIÓN

                                                                                                  ~

                                                                                      PILA DE
                                                                                    COMBUSTIBLE

                          SISTEMA DE CONTROL
                              DE POTENCIA



                                                                e-


                                                          O2         H2

                                                      +        PEM        -


                                                                              ALMACENAMIENTO
                                                               H+
                                                                                DE HIDRÓGENO

                                                     H2O



                                                                                    TREN DE COMPRESIÓN
                                         FILTROS
                                                   ELECTROLIZADOR                      DE HIDRÓGENO



     AGUA                                                                                             BOTELLAS
DESMINERALIZADA
                                                                                                           23
                                                                                                  ALMACENAMIENTO
                                                                                                    DE HIDRÓGENO
EQUIPAMIENTO




               24
 ¿Cómo se gestiona la operación de
          forma óptima?
                                           • Control en tiempo real
LA POTENCIA SIN CONTROL NO SIRVE DE NADA   • Objetivo: inyectar en red la
                                             potencia deseada (criterios
                                             económicos)

                                           Teniendo en cuenta:
                                               • Potencias máximas (FC,
                                                 EZ)
                                               • Incrementos máximos
                                               • Capacidad de
                                                 almacenamiento
                                               • Dinámica de los equipos
                                               • Predicciones
                                                 meteorológicas
                                               • Evolución de las tarifas

                                                                     25
                      Control jerárquico
 Predicción de
 viento
 Tarifas eléctricas     1º nivel: generación de la referencia    Decisión basada en
 Capacidad de la           para la potencia a generar Pg         el mercado (horas)
 red
 H2 almacenado
                                                                   Seguimiento de
                                                                   referencias de
Basado en Control       2º nivel: generación de la referencias
Predictivo                                                         forma óptima
                             para EZ, FC y convertidores           con
(Optimización de
una función de                                                     restricciones
coste)                                                             (segundos)




           Pila de combustible     Electrolizador      Convertidores

26
                           Simulaciones                                                                                                        Proyecto HYCON (EU)


                           1º: Cálculo (a priori) de la potencia que se desea generar en
                           función de la predicción de viento
                      9                                                                 1800

                                                                                        1600
                      8
                                                                                        1400


                      7                                                                 1200
 wind speed (m s-1)




                                                                           pg ref (W)
                                                                                        1000
                      6
                                                                                        800
                                                                                                                                                                     10
                      5                                                                 600                                                                                   predicted wind speed
                                                                                                                                                                              real wind speed
                                                                                        400                                                                          9
                      4
                                                                                        200


                      3
                       0   1   2   3   4        5   6   7   8          9
                                                                                          0
                                                                                           0   1   2   3   4        5   6   7   8          9
                                                                                                                                                                     8
                                        time (s)                   4                                        time (s)                   4
                                                                x 10                                                                x 10




                                                                                                                                               wind speed (m s -1)
                                                                                                                                                                     7


                                                                                                                                                                     6

¡Existe diferencia entre predicción y viento
                                                                                                                                                                     5
real!
                                                                                                                                                                     4

Hay que corregir esos desvíos jugando con                                                                                                                            3

el almacenamiento                                                                                                                                                     0   1        2       3         4
                                                                                                                                                                                                      time (s)
                                                                                                                                                                                                              5   6   7   8
                                                                                                                                                                                                                                 4
                                                                                                                                                                                                                              x 10
                                                                                                                                                                                                                                     9




                                                                                                                                                                                                                                         27
Menor potencia disponible que la
esperada
                                                                                                                                          La pila de combustible
                                                                                                                                          inyecta en red
                      2500
                                           p g re f
                                           p g re a l w it h t w o g e n e ra t o rs

                      2000




                      1500
pg (W)




                      1000                                                                                                         1000




                                                                                                                         pe(W)
                                                                                                                                   500
                       500


                                                                                                                                     0
                           0
                                                                                                                                      0     1   2   3   4       5    6   7   8          9
                               0       1             2             3         4            5   6   7   8              9
                                                                                                                                                                                    4
                                                                              t im e (s )
                                                                                                          x 10
                                                                                                                 4
                                                                                                                                                                                 x 10
                                                                                                                                   1500




                                                                                                                         pfc (W)
                                                                                                                                   1000
                      10
                                       p re d ic t e d w in d s p e e d                                                            500
                                       re a l w in d s p e e d
                       9
                                                                                                                                     0
                                                                                                                                      0     1   2   3   4       5    6   7   8          9
                       8
                                                                                                                                                                                    4
                                                                                                                                                                                 x 10
  wind speed (m s )
-1




                       7
                                                                                                                                     1
                       6
                                                                                                                             fc

                                                                                                                                    0.5
                       5
                                                                                                                                     0
                       4                                                                                                              0     1   2   3   4        5   6   7   8          9
                                                                                                                                                         time (s)                   4
                                                                                                                                                                                 x 10
                       3
                           0       1             2             3            4            5    6   7   8          9
                                                                             t im e (s )
                                                                                                          x 10
                                                                                                                 4
                                                                                                                                                                                            28
Mayor potencia disponible que la
esperada
                                                                                                                                   El electrolizador
                                                                                                                                   consume la potencia
                                                                                                                                   sobrante
                      2500
                                            p g re f
                                            p g r e a l w it h t w o g e n e r a t o r s

                      2000




                      1500
pg (W)




                      1000                                                                                                         1000




                                                                                                                         pe(W)
                                                                                                                                   500
                              500


                                                                                                                                     0
                                0
                                                                                                                                      0   1   2   3   4       5    6   7   8          9
                                    0   1            2             3             4            5   6   7   8          9
                                                                                                                                                                                  4
                                                                                  t im e (s )
                                                                                                              x 10
                                                                                                                     4
                                                                                                                                                                               x 10
                                                                                                                                   1500




                                                                                                                         pfc (W)
                                                                                                                                   1000
                               10
                                            p re d ic t e d w in d s p e e d                                                       500
                                            re a l w in d s p e e d
                                9
                                                                                                                                     0
                                                                                                                                      0   1   2   3   4       5    6   7   8          9
                                8
                                                                                                                                                                                  4
                                                                                                                                                                               x 10
          wind speed (m s )
         -1




                                7
                                                                                                                                     1
                                6
                                                                                                                             fc

                                                                                                                                    0.5
                                5
                                                                                                                                     0
                                4                                                                                                     0   1   2   3   4        5   6   7   8          9
                                                                                                                                                       time (s)                   4
                                                                                                                                                                               x 10
                                3
                                    0   1            2             3             4            5   6   7   8          9
                                                                                  t im e (s )
                                                                                                              x 10
                                                                                                                     4
                                                                                                                                                                                          29
                          Capacidad de almacenamiento
                          limitada
                                                                                                                                                                                                                                         Se apaga el EZ
                                                                                                                                                                                                                                         debido a que se
              2500
                                      pg ref
                                                                                                                                              1000
                                                                                                                                                                                                                                         ha llegado al




                                                                                                                                   pe(W)
                                      pg real with two generators                                                                              500

              2000                                                                                                                               0
                                                                                                                                                     0       1   2       3         4          5    6       7         8
                                                                                                                                                                                                                              x 10
                                                                                                                                                                                                                                     9
                                                                                                                                                                                                                                     4
                                                                                                                                                                                                                                         límite de
              1500
                                                                                                                                              1500

                                                                                                                                                                                                                                         almacenamiento


                                                                                                                                   pfc (W)
                                                                                                                                              1000
pg (W)




                                                                                                                                               500

              1000
                                                                                                                                                 0
                                                                                                                                                     0       1   2       3         4          5    6       7         8
                                                                                                                                                                                                                              x 10
                                                                                                                                                                                                                                     9
                                                                                                                                                                                                                                     4
                                                                                                                                                                                                                                         de H2
                                                                                                                                                 1
                     500




                                                                                                                                         fc
                                                                                                                                               0.5

                                                                                                                                                 0
                                                                                                                                                     0       1   2       3         4           5   6       7         8               9
                          0                                                                                                                                                         tim e (s )                                       4
                              0   1        2        3        4        5   6   7   8          9                                                                                                                                x 10
                                                              time (s)                       4


                                                                                                                                                                                                                                         Inyectar aunque
                                                                                      x 10




                          10
                                      predicted wind speed
                                      real wind speed
                                                                                                                          2
                                                                                                                                                                                                                                         penalización
                          9
                                                                                                                        1.95                                         hy drogen upper lim it

                          8
                                                                                                                         1.9                                                                                                             Redimensionar
                                                                                                 stored hydrogen (kg)
    wind speed (m s -1)




                          7
                                                                                                                        1.85
                          6

                                                                                                                         1.8
                          5


                                                                                                                        1.75
                          4


                          3                                                                                              1.7
                           0      1        2        3        4        5   6   7   8          9                                 0                1        2       3       4           5         6       7       8          9
                                                              time (s)                   4
                                                                                      x 10
                                                                                                                                                                          tim e (s )
                                                                                                                                                                                                                   x 10
                                                                                                                                                                                                                          4
                                                                                                                                                                                                                                                         30
             5. Conclusiones
• AICIA muy involucrada en la investigación en
  H2 y pilas de combustible
• En colaboración: INTA, Hynergreen,
  Greenpower, Endesa, Gamesa, etc.
• Muchos temas abiertos en producción de H2
• Hidrógeno como aliado de las E.R. para redes
  eléctricas
• Operación óptima de plantas renovables con
  almacenamiento

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Asociación de Investigación y
  Cooperación Industrial de
      Andalucía (AICIA)

        Carlos Bordons



         www.aicia.es

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