Estudio conceptual de una estación autosustentable generadora, almacenadora y ... · 2016. 9....

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Libro de Ponencias y Conferencias del XXIII Congreso Panamericano de Ingeniería Naval, Costa Afuera e Ingeniería Portuaria COPINAVAL 2013 1547 Estudio conceptual de una estación autosustentable generadora, almacenadora y abastecedora de hidrógeno para zonas aisladas Mario Gustavo Galarde Muñoz Ingeniero Naval Mecánico. Armada de Chile La demanda energética a nivel mundial está creciendo a un ritmo sostenido, mientras que el descubrimiento de fuentes para extraer combustibles fósiles va disminuyendo. Expertos aseguran que alrededor del año 2020, la demanda mundial será mayor que la energía disponible en combustibles fósiles. Complementariamente, la política energética y las exigencias medioambientales han llevado a la comunidad industrial a buscar alternativas a los combustibles fósiles, en atención a los impactos en el medio ambiente, imponiendo restricciones en su empleo. Los océanos han sido ampliamente considerados como una reserva de recursos minerales y alimenticios de gran magnitud, sin embargo es menos frecuente una visión de los mares como una fuente de energía renovable, existiendo limitadas aplicaciones efectivas a la fecha actual. El 75% de la superficie del planeta está cubierta por agua, siendo esta una fuente de energía per-se, dado que en su constitución molecular el elemento mayoritario es el Hidrógeno, el componente más abundante del planeta y con una capacidad energética de masa en promedio, tres veces mayor que el resto de los combustibles. La tecnología actual permite el empleo del Hidrógeno como un vector de energía, es decir, un elemento que a través de uno o varios procesos, es capaz de generar energía limpia y de alta disponibilidad, pudiendo ser motor conductor para suministrar el trabajo necesario para la producción de Hidrógeno.

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    1547

    Estudio conceptual de una estación autosustentable generadora, almacenadora y abastecedora de hidrógeno

    para zonas aisladas

    Mario Gustavo Galarde Muñoz

    Ingeniero Naval Mecánico. Armada de Chile

    La demanda energética a nivel mundial está creciendo a un ritmo sostenido,

    mientras que el descubrimiento de fuentes para extraer combustibles fósiles va

    disminuyendo. Expertos aseguran que alrededor del año 2020, la demanda mundial

    será mayor que la energía disponible en combustibles fósiles.

    Complementariamente, la política energética y las exigencias medioambientales han

    llevado a la comunidad industrial a buscar alternativas a los combustibles fósiles, en

    atención a los impactos en el medio ambiente, imponiendo restricciones en su

    empleo.

    Los océanos han sido ampliamente considerados como una reserva de recursos

    minerales y alimenticios de gran magnitud, sin embargo es menos frecuente una

    visión de los mares como una fuente de energía renovable, existiendo limitadas

    aplicaciones efectivas a la fecha actual.

    El 75% de la superficie del planeta está cubierta por agua, siendo esta una fuente de

    energía per-se, dado que en su constitución molecular el elemento mayoritario es el

    Hidrógeno, el componente más abundante del planeta y con una capacidad

    energética de masa en promedio, tres veces mayor que el resto de los combustibles.

    La tecnología actual permite el empleo del Hidrógeno como un vector de energía, es

    decir, un elemento que a través de uno o varios procesos, es capaz de generar

    energía limpia y de alta disponibilidad, pudiendo ser motor conductor para

    suministrar el trabajo necesario para la producción de Hidrógeno.

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    Uno de los problemas que presentan las zonas aisladas es la necesidad de

    combustibles para la generación de energía, el que en general es de origen fósil; sin

    embargo, una parte importante de las zonas aisladas se encuentran rodeadas de

    mar, lo que junto con ser motivo de preocupación, se presenta como una

    oportunidad para la comunidad científica.

    DESARROLLO

    1) Antecedentes.

    Este trabajo abarca diferentes ámbitos de estudio, dentro de los cuales destacan: el

    tema energético referido a los combustibles fósiles, el uso del hidrógeno como

    portador de energía y las energías renovables eólica y solar.

    La energía utilizada en el planeta proviene principalmente de la quema de

    combustibles fósiles. Si se analiza la frase recién expuesta resulta evidente que el

    agotamiento de éstos y la contaminación que genera su quema, presentan en la

    actualidad un problema que a la fecha no se ha encontrado una solución efectiva.

    El 87% de la energía consumida por el mundo es suministrada por la combustión del

    carbón, petróleo y gas natural, de acuerdo al estudio realizado por la Agencia

    Internacional de Energía, IEA (por sus siglas en inglés International Energy Agency).

    Por otra parte, la misma IEA, en otro de sus estudios, ha concluido que la

    producción mundial de combustibles fósiles está declinando con el tiempo, situación

    que se indica en el gráfico 1-1, lo cual refuerza el hecho de que existe un problema a

    nivel mundial, el cual es que el petróleo se está agotando.

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    Gráfico 1 1: “Producción mundial de petróleo.” (1)

    Ahora, si lo anterior se complementa con la información del gráfico 1-2 de la

    “International Agency Network”, se ve como la demanda de petróleo aumenta de

    manera sostenida y el suministro disminuye, lo cual permite darse cuenta del real

    problema existente; el petróleo se termina y la demanda aumenta.

    El problema del agotamiento de los combustibles fósiles no es el único que agobia al

    planeta, existe un segundo tópico importante, la contaminación que produce la

    quema de los mencionados combustibles. La combustión de éstos emite gases,

    entre los cuales se encuentra el CO2. Estos gases son los causantes del conocido

    problema del calentamiento global, el cual entendemos como el creciente aumento

    de la temperatura terrestre a causa de la excesiva liberación de dióxido de carbono y

    otros gases que actúan al no dejar que la energía salga de la atmósfera. De esta

    manera, con cada emisión producida en la quema de combustibles se forma una

    capa de gases que impide a los rayos solares abandonar nuestra atmósfera.

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    Gráfico 1 2: “Proyección de demanda v/s suministro de petróleo.” (2)

    A medida que pasa el tiempo aumentan las actividades humanas que generan estos

    gases, agravando constantemente el proceso de calentamiento del planeta. El

    principal dato que mide esta problemática es la concentración de CO2, gas que

    impide la liberación del calor, y este aumenta de manera exponencial como se

    muestra en el gráfico 1-3, desarrollado por el Departamento de Energía de Estados

    Unidos (DOE).

    Gráfico 1 3: “Proyección mundial de emisión de CO2.” (3)

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    Los antecedentes indicados llevan a concluir una de las motivaciones de este

    trabajo, la necesidad de suplir el petróleo con otro tipo de combustible que no esté

    en vías de extinción ni contamine el medio ambiente.

    El hidrógeno es un combustible en el que se están depositando muchas esperanzas

    y al que se está dedicando un gran esfuerzo investigador debido a que debiera, en

    un futuro, ser el reemplazante de los combustibles fósiles. Sin embargo, el hidrógeno

    no es un combustible más; por una parte tiene unas propiedades físicas y químicas

    diferentes de los demás combustibles; por otra, no es un recurso natural, es decir,

    no se encuentra de forma aislada en la naturaleza, sino que se encuentra

    combinado en otros compuestos, como en los hidrocarburos o en el agua.

    El hidrógeno se tratará a partir de este punto como un vector energético, es decir, un

    portador de energía. Esto debido a que no es energía por sí sola, si no, que tiene la

    capacidad de generarla si es aplicado en un proceso adecuado como, por ejemplo,

    en las celdas de combustible.

    Debido a que el gas no se encuentra en forma aislada en la naturaleza se generan

    tres inconvenientes; el primero, dicta relación con la manera de obtenerlo, segundo,

    la manera de almacenarlo y tercero, la manera de distribuirlo. Esto debido a sus

    propiedades químicas y físicas, las que se detallarán más adelante.

    Por otra parte, el hidrógeno posee grandes ventajas en comparación con los

    combustibles fósiles, en los cuales se destacan: primero, la nula contaminación al

    medio ambiente, ya que su combustión origina calor y agua; segundo, que la energía

    liberada, al quemarse, es considerablemente mayor que el resto de los combustibles

    fósiles, siendo aproximadamente el triple por unidad de masa y, por último, que es el

    elemento más abundante del planeta. La desventaja, es que, es el gas más liviano

    existente, por lo que entrega menos energía por unidad de volumen almacenada. Lo

    anterior se indica en la tabla 1-1.

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    Energía almacenada

    Combustible Densidad

    [kg/m3]

    Por Volumen

    [kWh/m3]

    Por Volumen

    Normal

    [kWh/Nm3]

    Por Masa

    [kWh/Kg.]

    H2 líquido (1 bar;-252,8°C) 70,71 2375

    3 33,59 H2 gas (1 bar;25°C) 0,0889 3,02

    H2 gas (300 bar;25°C) 20,55 690

    H2 gas (700 bar;25°C) 47,96 1611

    Gas natural (1bar;25°C) 0,65 9,1 10 13,93

    Butano líquido (25°C) 550 7000 33 12,73

    Gasolina 750 9270 -- 12,36

    Tabla 5.9-1: “Comparación energética del hidrógeno”

    En la actualidad los mayores problemas que tiene la utilización de hidrógeno como

    combustible son su forma de generarlo y su forma de almacenarlo, debido a su baja

    densidad y los gastos energéticos involucrados en los procesos asociados.

    El hidrógeno se puede obtener de múltiples formas, las cuales se clasifican de

    acuerdo a la fuente de energía utilizada en su producción, como se muestra en la

    figura 1-1.

    Energía Nuclear Energías Renovables Energías Fósiles

    Calor

    Termólisis del agua

    Energía Mecánica

    Electricidad

    Electrólisis

    Hidrógeno

    Foto-electrólisis

    Bio-fotólisis

    Biomasa

    Conversión Química

    CO2

    Fermentación

    Figura5.9-8: “Procesos de producción de hidrógeno.” (6)

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    En la actualidad la mayor cantidad de hidrógeno que se produce a nivel mundial es

    con reformado de gas natural, o conversión química, proceso que se explica más

    adelante, lo que se puede ver en el gráfico 1-4 y el proceso menos realizado que

    tiene como objetivo la producción del gas, es la electrólisis.

    Gráfico 5.9-4: “Origen del hidrógeno producido en la actualidad.” (6)

    Al igual como en los procesos de producción, existen varios procedimientos de

    almacenamiento de hidrógeno, que son como gas comprimido, hidrógeno líquido e

    hidruros metálicos. Estos métodos buscan poder almacenar la mayor cantidad de

    energía por unidad de volumen. Esto motiva a que el almacenamiento de hidrógeno

    sea un campo de investigación activo relacionado estrechamente con el avance de

    la tecnología de nuevos materiales.

    En la actualidad el transporte y distribución de hidrógeno se realiza principalmente

    por medio de camiones, ferrocarriles o barcos en botellas presurizadas o depósitos

    criogénicos.

    Una buena forma de analizar el transporte y distribución de hidrógeno es por medio

    del uso que se le dará. Lo anterior permite prever diferentes formas de distribución

    de hidrógeno.

    En la actualidad las investigaciones para el uso de hidrógeno como combustible se

    centran en la forma de obtención del mismo, debido al alto consumo energético que

    esto supone. El uso del gas como combustible se hace insostenible cuando se

    0

    0,1

    0,2

    0,3

    0,4

    0,5

    0,6

    Electrólisis Gas Natural Petróleo Carbón

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    genera hidrógeno con la quema de combustibles fósiles, debido al balance

    energético desfavorable.

    Las energías renovables en la actualidad son miradas como la gran solución a la

    actual situación de los combustibles, pero presentan una complicación. La energía

    que producen debe ser utilizada a medida que se genere, a diferencia de, por

    ejemplo, un motor generador, que es el controlador quien decide cuando ponerlo en

    servicio y tiene una elevada disponibilidad mientras haya recursos para ponerlo en

    marcha. En cambio, las energías renovables, hay que aprovecharlas a medida que

    estas estén disponibles y su disponibilidad no es controlable, solo previsible, a

    menos que se utilice un método de almacenamiento.

    Por lo tanto la capacidad del hidrógeno de generar energía se presenta como la

    solución al uso de energía renovables al utilizarlas para la obtención del gas.

    2) Requerimientos de una Planta de Hidrógeno.

    Para el lograr identificar la idea se debe analizar el objetivo general y propósito del

    proyecto, las necesidades y las características del lugar geográfico, definiendo la

    idea de la siguiente forma:

    “Una central de energía, generadora, almacenadora y abastecedora de Hidrógeno,

    capaz de auto-sustentarse mediante la interacción con fuentes de energía renovable

    y contar con el mantenimiento y automatización necesaria para lograr operar con

    una mínima dotación.”

    A. Requerimientos.

    Para cumplir con los objetivos planteados, la idea señalada en el punto anterior y

    satisfacer las necesidades generadas a lo largo de este trabajo, se establecen los

    siguientes roles que deberá cumplir la planta de hidrógeno.

    o Rol Principal

    · Satisfacer los requerimientos de hidrógeno de una central.

    o Rol secundario.

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    · Utilizar el oxígeno generado para los requerimientos de la zona.

    · Servir de instrucción para personal especialista.

    · Servir como imagen país.

    Teniendo los roles definidos y ordenados según su prioridad se procederá a

    establecer los requerimientos de alto nivel (R.A.N.), que permitirán satisfacer la

    solución y cumplir los roles que se han identificado previamente. Los R.A.N.

    definirán a la solución en cuanto a sus características y su diseño, siendo un factor

    fundamental para la toma de decisiones al momento de buscar las alternativas que

    se ofrecen en el mercado.

    a. Capacidades operacionales:

    · Generación.

    o La planta debe producir semanalmente, a lo menos, 750 KG.

    de H2 o 550 KW.

    o El hidrógeno debe ser de una pureza igual o mayor a 99,99%.

    · Almacenamiento.

    o Poseer estanques que permitan almacenar un 5% más que la

    producción requerida, equivalente a 8.760 Nm3 de H2.

    o El hidrógeno restante a la necesidad corresponde a la

    reserva.

    · Distribución.

    o Poseer un sistema seguro de entrega de H2.

    · Espacios requeridos.

    o 750 m2 para instalaciones.

    · Dotación prevista y requerimientos de habitabilidad por categorías.

    o Personal a cargo no debe superar las 12 personas.

    · Normas militares, industriales u otras que deba cumplir.

    · Grado de discreción acústica.

    b. Seguridad:

    · Cumplimiento de normativas vigentes en cuanto al uso de

    hidrógeno.

    c. Generales:

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    · Características generales operativas y logísticas que no se pueden

    deducir de los roles, del escenario, ni de los otros aspectos

    mencionados.

    Con los requerimientos de alto nivel definidos, se podrán evaluar los distintos

    procesos involucrados para la producción, almacenamiento y distribución del

    hidrógeno para el transbordador, satisfaciendo de esta forma el rol principal.

    B. Selección del tipo de proceso.

    Con el objetivo de seguir un método ordenado, a continuación mediante diferentes

    métodos de selección se definirán los distintos procesos involucrados en la Planta

    de Hidrógeno.

    En párrafos anteriores se indicaron los diversos métodos existentes para la

    producción del gas, sin embargo, se debe seleccionar uno que cumpla con las

    necesidades y requerimientos expuestos en el principio de este capítulo. Para lo

    anterior describimos las razones por la cual debiera, o no, ser seleccionado o

    rechazado un proceso.

    Se recordará, que la clasificación de los métodos de producción de hidrógeno fue

    realizada de acuerdo a la energía utilizada en su proceso. Por lo tanto, se tienen las

    tres fuentes primarias de energías; fósiles, nuclear y renovables. Lo que se realizará

    a continuación, será el análisis de los métodos en estos tres grupos.

    I) Energías fósiles

    En la actualidad se estima que sobre el 75% de hidrógeno es producido desde esta

    fuente de energía, a través de procesos tales como:

    · Reformado.

    · Pirólisis.

    · Gasificación.

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    No obstante, estos procesos conllevan problemas de contaminación ambiental,

    como son; el efecto invernadero, el cambio climático y la contaminación del agua.

    Los procesos de producción requieren más energía en la obtención de hidrógeno

    que la que el gas es capaz de generar como combustible, por lo que la utilización de

    combustibles fósiles en el proceso para crear otro limpio donde el balance

    energético es desfavorable, carece de sentido. Razón por la cual se descarta el uso

    de esta opción.

    II) Energía nuclear.

    Esta es una alternativa válida desde el punto de vista de la producción del gas, ya

    que la aplicación de altísimas temperaturas generará la separación de la molécula

    del agua obteniendo el átomo de hidrógeno. Esto tiene otros problemas asociados

    importantes, como son los de seguridad, la contaminación que produce una planta

    nuclear (desechos radioactivos), los costos asociados y un complejo escenario

    sociopolítico al que habría que enfrentar, además de ser una tecnología poco

    conocida en el país. También se descarta esta opción, debido a los altos costos

    asociados, los problemas sociopolíticos, los desechos radioactivos que se generan,

    los niveles de producción de hidrógeno requeridos y el tiempo estimado necesario

    para realizar un proyecto nuclear.

    iii) Energías renovables.

    La única alternativa que queda por analizar es la de las energías renovables, las

    cuales tienen ventajas en comparación con el resto como son la casi nula

    contaminación en la mayoría de sus casos, que son fuentes de energía

    prácticamente ilimitadas y una vez realizada la inversión inicial no se requiere de

    grandes recursos para su mantención y operación. Dentro de sus desventajas se

    destaca, aunque menor a la nuclear, el alto costo inicial asociado a las instalaciones

    y en algunos casos la disponibilidad del recurso (viento, sol, agua, etc.).

    Por lo tanto se tiene que el proceso de obtención de hidrógeno a través de energías

    renovables es un proceso limpio utilizando fuentes de energía como la solar, la

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    biomasa, hidráulica, eólica y mareomotriz entre otras. Considerando lo requerido, el

    enfoque se centraliza en la obtención del gas con energía eólica y/o solar, dejando el

    resto de energías renovables, ya que se considera que su nivel tecnológico

    alcanzado en la actualidad no es el adecuado.

    Al evaluar estos dos tipos de energías renovables y considerando los R.A.N.(los que

    dependerán de cada tipo de proyecto), con el hecho de que este tipo de estación

    está concebida para lugares aislados como una isla en este caso, en donde el

    espacio para una planta solar fotovoltaica es limitado, la elección entre energía solar

    o eólica será la de utilización de la segunda.

    En la actualidad el proceso más eficiente conocido que utiliza las fuentes descritas

    en el párrafo anterior es conocido como “Electrólisis”, que consiste en la disociación

    de la molécula de agua en dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno mediante una

    descomposición electroquímica.

    Además este es el único proceso que utiliza energías renovables que se lleva a cabo

    comercialmente, el resto siguen en etapa de investigación o estudio para aumentar

    su eficiencia.

    C. Selección del tipo de almacenamiento y suministro

    Como se explicó existen varios procedimientos para el almacenamiento de

    hidrógeno, los que en general se enfrentan con el mismo problema que es la baja

    densidad del hidrógeno y los riesgos que implica su manejo, por lo que para definir

    el tipo de almacenamiento y suministro más conveniente, se utilizarán los siguientes

    criterios de selección que se agruparon en tres áreas generales: económicos,

    operacionales y logísticos, los cuales se ponderaron para lograr la evaluación de la

    mejor alternativa. Cabe destacar la ponderación dependerá del objetivo del proyecto.

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    Para el siguiente análisis se utilizarán, como alternativas, tres formas de

    almacenamiento y suministro. La toma de decisiones se elaborará con un software

    diseñado para este propósito, cuyo nombre es “Expert Choice”. Este permite

    elaborar modelos de decisión mediante una ponderación que permite establecer y

    evaluar los criterios bajo un factor común de evaluación, en donde, luego de

    realizada la ponderación de cada criterio mediante encuestas, el programa obtiene la

    mejor solución. Esto se logra al comparar los distintos criterios ponderados con las

    alternativas propuestas como posibles soluciones.

    0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4

    Seguridad

    Disponibilidad

    Vida útil

    Gasto energético

    Costo de operación

    Implementación

    Costo de adquisición

    Densidad gravimétrica

    Criterios de almacenamiento

    0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3

    Seguridad del personal

    Seguridad del material

    Costo de operación

    Consumo energético

    Mantención

    Dificultad de operación

    Nivel de desarrollo

    Vida útil

    Costo de implementación

    Criterios sistema de suministro

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    Debido a la falta de experiencia en el manejo del hidrógeno que existe en Chile, se

    buscó personas especialistas en áreas de la ingeniería y con experiencia tanto en

    proyectos innovadores como en el sistema institucional.

    Como se aprecia en el análisis efectuado en Expert Choice, la mejor alternativa es el

    almacenamiento del hidrógeno como gas comprimido, obteniendo un 51,1% de

    ponderación y que el hidrógeno canalizado es la mejor opción de suministro con un

    68,5% de la ponderación.

    3) Procesos seleccionados

    Considerando los fabricantes de electrolizadores, se encuentran 3 empresas

    reconocidas a nivel mundial. Las cuales fueron elegidas para realizar el análisis de la

    selección del electrolizador.

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    Se determinó que la mínima generación total de hidrógeno debe ser 99,4 Nm3/hr.

    Esto corresponde a que el tiempo promedio de funcionamiento de un aerogenerador

    es de 12 horas al día.

    Los parámetros que se determinaron que debe cumplir el o los electrolizadores son:

    · La pureza mínima debe ser 99,99%.

    · La presión de salida debe ser la máxima, lo que permite menor gasto

    de energía en proceso de compresión para almacenaje.

    · El consumo eléctrico debe ser mínimo, lo que permite menor

    capacidad de los aerogeneradores y por ende menor costo de

    instalación y operación.

    · Que tenga el menor porcentaje de agua de consumo, para bajar los

    costos asociados.

    · Que el líquido empleado para refrigerar sea agua, este factor no es

    determinante pero si a considerar debido a la mayor complejidad y

    costos asociados al uso de un refrigerante.

    · Que el sistema de control utilice el concepto de “maquinaria no

    atendida”, o sea 100% de automatización.

    Luego se utilizó el programa “Microsoft Excel” y su herramienta de optimización

    “SOLVER”, para determinar la mejor combinación de electrolizadores de acuerdo a

    los requisitos establecidos en párrafos anteriores, arrojando como resultado que la

    mejor combinación es la utilización de 2 electrolizadores de 60 Nm3/Hr. Lo anterior

    implica que la planta gastará 2,16 toneladas de agua diarias, por lo que se decidió

    asegurar una disponibilidad de 2,4 toneladas en un estanque.

    Es importante evaluar el consumo de agua, debido a que finalmente ésta será la

    fuente de energía, más aun si no se tiene una fuente natural de obtención de agua,

    en dicho caso se debe considerar una Planta de Osmosis Inversa para obtener agua

    desde el mar por ejemplo. Lo anterior es una de las grandes ventajas del proyecto

    ya que permite contar con una fuente inagotable de almacenamiento y producción

    de energía.

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    Para realizar este cálculo se realizaron una serie de cálculos lo que se sintetizan en

    la siguiente tabla con los consumos conocidos y otros estimados.

    Sistema Consumo en KW.

    Planta electrolizadora 486,67

    Bombas de agua 1,1

    Compresor 27,42

    Iluminación 1

    Sistema de control 2

    Total 518,19

    Tabla de consumos eléctricos.

    Conociendo este total se podrá trabajar en la fuente de energía primaria, la cual

    deberá asegurar un suministro de corriente que permita generar 520 KW de potencia

    durante todo el año.

    La manera seleccionada de suministrar hidrógeno a la unidad es a través de

    cañerías especiales que lleven el hidrógeno desde la estación generadora hasta los

    estanques de almacenamiento y luego otro sistema de cañerías para entregar el

    hidrógeno a la unidad.

    Existen tres consideraciones importantes que se debe conocer para la instalación de

    un sistema de este tipo:

    1- Los altos costos de inversión inicial: La transmisión vía cañerías ofrece

    una importante ventaja económica y técnica, una vez instaladas, al ser

    comparada con otros métodos. Sin embargo, esto requiere altos costos

    iniciales de inversión. Por tanto la decisión de usar este sistema

    dependerá del largo de las cañerías a utilizar. Los compuestos utilizados

    actualmente tienen un costo de 400.000 dólares por cada milla.

    2- El material a utilizar, debido a la fragilización producida por el hidrógeno a

    cañerías de acero: la construcción de las cañerías requiere aleaciones

    especiales que impidan la fragilización de las mismas debido a la presión

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    1563

    del hidrógeno, además de impedir su filtración. El compuesto usado hoy

    en día es una polímero de fibra reforzada y consiste en:

    · Un tubo barrera interior no permeable.

    · Una capa protectora sobre el tubo barrera.

    · Capas de aleaciones de fibra de carbono.

    · Una capa de barrera exterior

    · Una capa protectora exterior

    3- Filtraciones de hidrógeno y sensores de monitoreo: debido al tamaño de

    la molécula de hidrógeno y su rápida difusividad entre los materiales se

    debe tener especial cuidado con el material a usar, objeto impedir este

    problema. Se debe instalar un sistema de control en la línea de cañerías

    para monitoreo.

    4) Integración de la Planta.

    En los puntos anteriores se seleccionó y analizó la planta productora del gas, su

    forma de almacenamiento y su manera de distribución. Con esto se logró determinar

    que la potencia requerida para el funcionamiento de la estación es de 520 KW

    aproximadamente. Aunque se determinó el uso de energía eólica anteriormente,

    cabe realizar determinar las razones de dicha elección, las que se presentan a

    continuación:

    1- El sistema estudiado es un sistema considerado como grande en cuanto a

    la cantidad de energía consumida, por lo que la instalación de uno o

    varios aerogeneradores es más eficiente como se señaló en el capítulo

    cuarto.

    2- La Planta requiere de grandes cantidades de energía, lo que un arreglo

    fotovoltaico no es capaz de suplir a no ser que se instalen grandes

    cantidades de paneles, además de necesitar una gran superficie terrestre.

    3- En instalaciones fotovoltaicas aisladas de la red y sobre 120 KW se

    necesitan inversores especiales.

    4- El viento mínimo promedio en el área donde se instalarán los

    aerogeneradores es de 5 m/s, siendo esta velocidad en un solo período.

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    1564

    El resto del año la velocidad promedio es siempre mayor, como se verá

    más adelante.

    5- Existe mayor disponibilidad de viento en la zona que de radiación solar.

    6- Es considerablemente más bajo el costo de inversión de un parque eólico

    que un arreglo fotovoltaico para una misma cantidad de energía

    generada.

    La potencia recién señalada se utilizará para seleccionar la fuente de energía

    primaria a utilizar para suministrar de electricidad a la estación generadora de

    hidrógeno.

    Luego de obtener los requerimientos energéticos se debe integrar el proyecto eólico

    con el estudio de la planta de generadora de hidrógeno logrando determinar el flujo

    de trabajo, desde el aprovechamiento del recurso eólico hasta la entrega de

    hidrógeno, pasando por la generación de energía, la producción del gas, su

    almacenamiento y el suministro.

    Además se deben considerar la seguridad necesaria de implementar la cual por

    razones obvias dependerá del método de producción, almacenamiento y

    manipulación del hidrógeno.

    Debido a las diferencias en cuanto a costo de combustible entre los distintos países

    de América resulta poco efectivo realizar análisis económicos ya que estos

    dependerán de las legislaciones propias de cada país en cuanto la inversión que

    está dispuesta a subvencionar cada estado en energías renovables.

    “Vista lateral de la planta de hidrógeno.”

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    “Vista frontal de la planta de hidrógeno.”

    “Vista general de la estación de hidrógeno.”

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    1566

    CONCLUSIONES

    1. En la actualidad existe la tecnología para desarrollar una planta que genere

    hidrógeno y pueda abastecer

    2. El estudio de las tecnologías asociadas al uso de hidrógeno como combustible

    tiene en la actualidad una alta importancia y son numerosas las instituciones,

    tanto gubernamentales como civiles, que están inyectando grandes cantidades

    de recursos para su investigación debido al convencimiento existente de que

    este gas debiera ser el combustible del futuro.

    3. Se realizó un balance económico que permitió verificar lo presumido, que en la

    actualidad el hidrógeno no es competitivo económicamente frente al petróleo o

    sus derivados y que es necesario más investigación y/o nuevas tecnologías

    que permitan un proceso de generación, almacenamiento y distribución del gas

    en forma más eficiente.

    4. Con la utilización de hidrógeno para generar energía se soluciona el problema

    de disponibilidad de las energías renovables, al utilizarlas como fuentes de

    energía primaria para la disociación del agua y obtención de hidrógeno.

    5. Para proyectos en la zona de estudio y donde se desee utilizar grandes

    cantidades de energía y exista el recurso eólico disponible, es siempre

    conveniente usar esta tecnología. La energía solar sólo se debiera usar como

    complemento.

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