Ver 4ª PARTE
Células de combustible
Las células
de combustible son una tecnología emergente para la generación de energía a
pequeña escala con una eficiencia eléctrica alta y muy bajas emisiones. En
células de combustible, el combustible es químicamente combinado con oxígeno
para crear electricidad, con calor útil como subproducto. Debido a que no hay
combustión, las células son silenciosas, no tienen partes móviles, y pueden
alcanzar altas eficiencias eléctricas hasta dos veces mayor que los motores de
combustión interna. Las células de combustible pueden dimensionarse para una
gran variedad de aplicaciones – desde ordenadores portátiles (50 a 100 vatios)
a vehículos (50 a 85 kW) a generación
central de energía (0,2 a 2 MW).
El coste y
la durabilidad son los principales desafíos en la comercialización de las
células de combustible. Las células de combustible son actualmente más caras
que los motores de combustión interna y tienen dificultades para mantener el
rendimiento a lo largo de toda la vida útil de la carga servida. El tamaño,
peso, gestión térmica, y gestión del agua de las células de combustible son
también barreras.
Un sistema
de energía eléctrica de célula de combustible tiene muchos componentes, pero su
corazón es una pila de célula de combustible. La pila actualmente está hecha
con células de combustible planas y delgadas apiladas juntas. El término
“célula de combustible” a menudo se suele referir como pila completa, pero
estrictamente hablando, se refiere solamente a las células individuales. Una
célula simple produce una pequeña cantidad de electricidad, pero cientos de
células pueden apilarse para producir una cantidad útil de electricidad.
Una célula
de combustible de un electrolito y dos electrodos revestidos con un catalizador
(un ánodo poroso y cátodo). Varios tipos diferentes de células de combustibles
están actualmente bajo desarrollo – cada una clasificada primariamente por el
tipo de electrodo que usa. El electrolito determina el tipo de reacciones
químicas que tienen lugar en la célula, el rango de temperatura en el que opera
la célula, y otros factores que afectan las aplicaciones para los que la célula
es más conveniente, así como sus ventajas y limitaciones.
Las células
de combustible requieren hidrógeno para su operación. Sin embargo, es
generalmente impracticable usar hidrógeno directamente como fuente de combustible;
en vez de extraerlo de combustibles de
hidrocarburos o biogás usando un reformador. Los reformadores producen y/o
incrementan la concentración de hidrógeno y decrecen la concentración de
tóxicos de especies de gases a la célula de combustible. En todos los tres
tipos de reformadores (oxidación parcial, reformación autotérmica, y oxidación
preferencial), las técnicas de procesado usan alguna energía contenida en el
combustible para convertir los hidrocarburos a hidrógeno y CO. El proceso de
reformado a menudo se realiza a una presión elevada que permite una huella del
equipo más pequeña.
Cuatro tipos
principales de células de combustible están en varias fases de desarrollo de
aplicaciones estacionarias: célula de combustible de ácido fosfórico (PAFC), célula
de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC), célula de
combustible de carbonato fundido (MCFC), y célula de combustible de óxido
sólido (SOC). Hasta la fecha, sólo el PAFC y el MCFC han operado en el biogás.
Producen
corriente eléctrica y calor a partir de una reacción química entre hidrógeno y
oxígeno en vez de combustión. Requieren un combustible gaseoso limpio o metanol
con varias restricciones en contaminantes.
Las
características técnicas de esta tecnología son las siguientes:
- Tamaño. Menos de 1 MW
- Combustible. Biogás.
- Preparación de combustible. Azufre, CO y metano.
- Sensibilidad a la humedad del combustible. Si
- Eficiencia eléctrica (cálculo basado en el valor calorífico más alto (higher heating value o HHV) del combustible. 30 a 63 %
- Ratio arranque-parada. Amplio rango. Lenta respuesta (minutos).
- Cuestiones de operación. Baja durabilidad, bajo ruido.
- Experiencia de campo. Relativa.
- Estatus de comercialización. Comercialización limitada.
- Coste instalado (como sistema CHP). $ 3000 a $ 5000/kW
- Costes de operación y mantenimiento. Entre 0,01 y 0,04 $/kWh
Motores Stirling
Como los
motores de combustión interna, el motor Stirling es un motor recíproco. Sin
embargo, el motor Stirling es un motor calentado externamente, y así si el calor
es
Operan con
cualquier combustible y pueden producir electricidad usando un generador o
impulsando las cargas directamente.
Como un
motor de combustión externa, el combustible se quema de forma continua en el
exterior de los cilindros del motor Stirling. Esto es distinto a un motor de
combustión interna, donde el combustible es inyectado en los cilindros
intermitentemente y luego explota. Así, la combustión externa permite un
quemado más completo del combustible, que da como resultado menores emisiones.
La combustión externa también proporciona el beneficio extra del ruido y
vibración reducidos comparado con el motor de combustión interna.
Para
completar el ciclo termodinámico, el motor Stirling debe ser refrigerado
externamente. Esto puede llevarse a cabo por una variedad de medios:
·
Enfriamiento por convección forzada o libre.
·
Agua, glicol etileno, o una mezcla de ambos
circulando a través de una camisa de refrigeración enfriando el extremo del
motor. El refrigerante se mantiene frío por un intercambiador de calor similar
a o idéntico a un radiador de un automóvil.
Las
características técnicas de esta tecnología son las siguientes:
- Tamaño. Menos de 200 kW.
- Combustible. Biomasa o biogás.
- Preparación de combustible. Ninguna
- Sensibilidad a la humedad del combustible. No
- Eficiencia eléctrica (cálculo basado en el valor calorífico más alto (higher heating value o HHV) del combustible. Entre 5 y 45 %.
- Ratio arranque-parada. Amplio rango, responde en menos de un minuto.
- Cuestiones de operación. Bajo ruido.
- Experiencia de campo. Limitada
- Estatus de comercialización. Introducción comercial.
- Coste instalado (como sistema CHP). Entre $ 1000 y $10000/kW
- Costes de operación y mantenimiento. Alrededor de 0,001 $/kWh
Bibliografía: Biomass Combined Heat and Power
Catalog of Technologies. U.S. Environmental Protection Agency Combined Heat and
Power Partnership.
Palabras
clave: phosphoric
acid fuel cell (PAFC), proton exchange membrane fuel cell (PEMFC), molten
carbonate fuel cell (MCFC), and solid oxide fuel cell (SOFC)
1 comentarios:
Thanks for sharing, nice post! Post really provice useful information!
Giaonhan247 chuyên dịch vụ chuyên dịch vụ mua hàng trên Amazon ship về Việt Nam uy tín, dịch vụ ebay vn nhanh chóng và dịch vụ order hàng Mỹ uy tín.
Publicar un comentario