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Energía renovable, electricidad e hidrógeno: presente y futuro de la energía en el medio rural y la maquinaria agrícola

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Academic year: 2021

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(1)

plain]

Proyecto cofinanciado por la Unión Europea LIFE13 ENV/ES/000280

Curso extraordinario Universidad de Zaragoza

Energía renovable, electricidad e hidrógeno:

presente y futuro de la energía

en el medio rural y la maquinaria agrícola

Huesca, 30 junio-1 julio 2016

(2)

plain]

Curso

“Sostenibilidad energética en el sector

agropecuario: el caso vitivinícola”

Patrocinadores

(3)

Producci´on y uso de hidr´ogeno en el medio rural

L. Vali ˜no

LIFTEC (CSIC - Universidad de Zaragoza)

Energ´ıa renovable, electricidad e hidr ´ogeno: presente y futuro de la

energ´ıa en el medio rural y en la maquinaria agr´ıcola

(4)

Table of contents

1

Introducci´on

2

Energ´ıa solar fotovoltaica

3

Sistema de generaci´on de hidr´ogeno

4

Veh´ıculo h´ıbrido pila PEM - bater´ıas

5

Conclusiones

(5)

Table of contents

1

Introducci´on

2

Energ´ıa solar fotovoltaica

3

Sistema de generaci´on de hidr´ogeno

4

Veh´ıculo h´ıbrido pila PEM - bater´ıas

5

Conclusiones

(6)

Table of contents

1

Introducci´on

2

Energ´ıa solar fotovoltaica

3

Sistema de generaci´on de hidr´ogeno

4

Veh´ıculo h´ıbrido pila PEM - bater´ıas

5

Conclusiones

(7)

Table of contents

1

Introducci´on

2

Energ´ıa solar fotovoltaica

3

Sistema de generaci´on de hidr´ogeno

4

Veh´ıculo h´ıbrido pila PEM - bater´ıas

5

Conclusiones

(8)

Table of contents

1

Introducci´on

2

Energ´ıa solar fotovoltaica

3

Sistema de generaci´on de hidr´ogeno

4

Veh´ıculo h´ıbrido pila PEM - bater´ıas

5

Conclusiones

(9)

Section Index

1

Introducci´on

2

Energ´ıa solar fotovoltaica

3

Sistema de generaci´on de hidr´ogeno

4

Veh´ıculo h´ıbrido pila PEM - bater´ıas

5

Conclusiones

(10)

Renewable energy in the wine industry

REWIND (proyecto LIFE)

Producci ´on, almacenamiento y uso de hidr ´ogeno

(11)

plain]

H

2

O + 286 kJ/mol

‹―›

H

2

+

½

O

2

Converidores: Electrolizador – Pila de

combusible: agua y oxígeno

No contaminante

Almacenamiento: H

2

vector energéico

Hidrógeno (por qué)

(12)

Localizaci´on

(13)

Section Index

1

Introducci´on

2

Energ´ıa solar fotovoltaica

3

Sistema de generaci´on de hidr´ogeno

4

Veh´ıculo h´ıbrido pila PEM - bater´ıas

5

Conclusiones

(14)

Paneles solares: fijos, con seguidor solar, flotantes

fijos 10,8 kWp

con seguidor 10,8 kWp

flotantes 21,6 kWp

(15)

Localizaci´on

(16)

Uso de la Energ´ıa

1

Bombas de riego (verano)

sin costes t ´ermino fijo factura

el ´ectrica

2

Aireadores en balsa de depuraci ´on

3

Exceso: Generaci ´on de hidr ´ogeno

veh´ıculo agr´ıcola pila de

combustible PEM

(17)

Bombas de riego y aireadores

(18)

Sistema de alamcenamiento de bater´ıas

(19)

Alimentaci´on el´ectrica del sistema de generaci´on de hidr´ogeno

(20)

Alimentaci´on el´ectrica del sistema de generaci´on de hidr´ogeno

(21)

Section Index

1

Introducci´on

2

Energ´ıa solar fotovoltaica

3

Sistema de generaci´on de hidr´ogeno

4

Veh´ıculo h´ıbrido pila PEM - bater´ıas

5

Conclusiones

(22)

Sistema de generaci´on y almacenamiento de hidr´ogeno

(23)

Ubicaci´on del sistema de generaci´on de hidr´ogeno

(24)

Ubicaci´on del sistema de generaci´on de hidr´ogeno

(25)

Ubicaci´on del sistema de generaci´on de hidr´ogeno

(26)

Sistema de generaci´on y almancenamiento de Hidr´ogeno

(27)

Sistema de genraci´on y almancenamiento de hidr´ogeno

Principios de dise ˜no: control y

S

eguridad)

:

Parada de emergencia manual

Equipos ATEX

Sensores de hidr ´ogeno en caseta

Parada y ventilaci ´on de

emergencia

V ´alvulas antiretorno y de sobrepresi ´on

Control computacional completo con pantalla t ´actil de manejo

intuitivo

Control remoto por internet (Teamviewer: Windows, Android)

Sensores de temperatura en caseta (bomba de calor)

Sensores de temperatura en interior de equipos (disparan

resistencia el ´ectrica interna)

Sensores de presi ´on y temperatura

Almancenamiento de datos de operaci ´on para an ´alisis

Sincronizaci ´on m ´axima hidrolizador-compresor

Rearranque autom ´atico...

(28)

Purificador de agua

(29)

Sistema de purificaci´on de agua

1

nanofiltraci ´on

2

desionizaci ´on

3

´osmosis inversa

Conductividad del agua menor que 1

µ

S/cm (tipo II grado anal´ıtico) ,

Flujo 3 l/h.

(30)

plain]

H

2

O + 286 kJ/mol

‹―›

H

2

+

½

O

2

Energía eléctrica

Electrólisis

Generación H

2

de renovables

(31)

Agua de grifo

Particulas

+

Iones

(32)

Purificaci´on: ´osmosis inversa, nanofiltraci´on

1

Nanofiltraci ´on: de 10 a 100 ˚

A

2

Osmosis inversa: (Hiperfiltraci ´on): de 1 a 10 ˚

´

A

Se almacena en dep ´osito

(33)

Purificaci´on: desionizaci´on con resinas

Al demandar agua del dep ´osito:

Columna cati ´onica: resina cede

H

+

toma iones +

Columna i ´onica: resina cede

OH

toma iones

(34)

Electrolizador

(35)

Electrolizador

Membrana de intercambio de

iones OH

No usa KOH

(K2CO3KHCO3,1 %), no

necesita metales nobles

Agua de entrada: hasta 10

µ

S/cm

Monof ´asico 220 V

Pureza (con secador)

99,999 %

Consumo 2,9 kWh

Producci ´on de hidr ´ogeno: 500 lN/h, 30 bar, se necesitan 0.4 l/h

(36)

plain]

Disociación del agua

H

2

O

‹―›

OH⁻

+ H

+

Producto iónico=K

w

=

[OH⁻][H

+

]= 10⁻¹⁴

(37)

plain]

Electrolisis

2 OH⁻ →

½

O

2

+ H

2

O + 2 e⁻ Ánodo (+)

2 H

2

O + 2 e⁻→ H

2

+ 2 OH⁻ Cátodo (-)

KOH

(38)

plain]

Electrólisis “a gran escala”

Electrolizador (alcalino)

(39)

plain]

Electrólisis “a gran escala”

H

2

O + 286 kJ/mol

―›

H

2

+

½

O

2

Agua + Electricidad

―› Hidrógeno

Electrolizador

(40)

plain]

Tipos de electrolizadores

> Alcalino (visto) (AEM)

Óxido sólido (alta temperatura)

>PEM (Membrana de intercambio de protones)

Electrolizador gravitacional (?)

Eiciencias alcalino: 50%-75%

Duración alcalino: hasta 90.000 h

Envenenamiento CO

2

Electrolizador

(41)

plain]

Tecnologías “válidas” Electrolizador

(42)

Sistema de generaci´on y almacenamiento de hidr´ogeno

(43)

Compresor

Toma de la botella de almacenamiento intermedio

Diafragma met ´alico

Presi ´on de entrada: 10 - 30

Bar

Presi ´on de salida: Hasta 201

Bar

Caudal m ´aximo: 500 lN/h

Caudal: 500 lN/h, presi ´on de salida 200 Bar

(44)
(45)

Sistema de generaci´on y almacenamiento de hidr´ogeno

(46)

Rack

12 botellas de 50 l de

capacidad

Presi ´on: hasta 200 Bar

Adaptado al suministro de

hidr ´ogeno: surtidor “seguro”

(47)

plain]

(48)

plain]

Hasta 700 bar

Precio

En transporte 1 kg H

2

~

5 l gasolina

Volumen depósito ~ 2

gasolina

Kevlar, acero, aluminio

1 kg de H

2

son 11,135 m³

en condiciones normales

Depósitos a presión

(49)

Section Index

1

Introducci´on

2

Energ´ıa solar fotovoltaica

3

Sistema de generaci´on de hidr´ogeno

4

Veh´ıculo h´ıbrido pila PEM - bater´ıas

5

Conclusiones

(50)

Coche h´ıbrido pila PEM - bater´ıas

(51)

Veh´ıculo original el´ectrico

Extras opcionales

Colores disponibles

Neumáticos Carretera o campo (reforzados)

7500

Características ECM ePath 7500 7.5 Kw 72V Gel 72V 225Ah Doble brazo independiente (2 ejes) Hidráulico de disco en ambos ejes Delanteros 26 x 9.00-14 Traseros 26 x 11.00-14 3,630 x 1,640 x 2,130 mm 1,822 mm 310 mm 40 Km/h 450 Kg 4 20º Máx. 800 Kg 8 horas > 100 Km (a velocidad constante de 30 km/h) 17º Marca Modelo Motor Baterías Suspensión Frenos Neumáticos Dimensiones Distancia entre ejes Distancia al suelo Velocidad Max. Capacidad de carga Nº de asientos Ángulo de escalada Peso con baterías Tiempo de recarga Autonomía Inclinación máx. Equipamiento (serie) Dirección asistida

Llantas de aluminio Parabrisas y limpia-parabrisas Cabestrante eléctrico frontal Media puerta Lámina antideslizante Plataforma de carga trasera basculante

info@electriccitymotor00.com www.electriccitymotor00.com www.ecomuevete.com Síguenos

(52)

Veh´ıculo original el´ectrico

Tracci ´on a las cuatro ruedas, 4 plazas

Uso agr´ıcola

7.5 kW 72 V motor el ´ectrico

12 bater´ıas tipo gel 225 A-h

Autonom´ıa: 100 km a 30 km/h (algo menos...)

(53)

Algunos datos veh´ıculo h´ıbrido

Pila HTPEM montada en el LIFTEC, 30 celdas Celtec P-1100, 3 kW

(54)

Esquema alimentaci´on veh´ıculo h´ıbrido

(55)

Esquema montaje veh´ıculo h´ıbrido

(56)

Esquema montaje veh´ıculo h´ıbrido

(57)

plain]

“Reverso” electrolizador

H

2

O + 286 kJ/mol <

H

2

+

½

O

2+

Agua + Electricidad <

― Hidrógeno

Pilas de combusible

(58)

plain]

“Reverso” del electrolizador

Pilas de Combusible

(59)

plain]

“Reverso” electrolizador

Tipos de pilas de combusible

Alcalino (AEM)

Óxido sólido (alta temperatura)

PEM (Membrana de intercambio de protones)

Carbonato fundido (alta temperatura)

Alcalina, PEM para uso agrícola → tecnología no

madura

Pilas de Combusible

(60)

plain]

(61)

plain]

Pilas de

Combusible PEM

(62)

plain]

Pila de Combusible PEM

(63)

plain]

(64)

plain]

Futuro: vehículo agrícola H

2

(65)

Section Index

1

Introducci´on

2

Energ´ıa solar fotovoltaica

3

Sistema de generaci´on de hidr´ogeno

4

Veh´ıculo h´ıbrido pila PEM - bater´ıas

5

Conclusiones

(66)

Conclusions

Sistema de generaci ´on de hidr ´ogeno desde energ´ıas renovables

c

ontrolado

y

s

eguro

Sistema seguro de almacenamiento y suministro de hidr ´ogeno

Equipos comerciales y desarrollos propios con sistemas de

control y ensamblaje tambi ´en propios

Totalmente monitorizado

Controlable a distancia (PC - Android)

Veh´ıculo agr´ıcola el ´ectrico modificado

h´ıbrido PEMFC +

Bater´ıas

¡Funciona!

(67)

plain]

Muchas

Gracias :)

Referencias

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