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Poder almacenar los excedentes de los aerogeneradores en forma de hidrógeno.

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Alemania quiere almacenar el viento en forma de hidrógeno para generar electricidad a demanda

No es el primer proyecto pero seguramente sí el más ambicioso. El Gobierno alemán acaba de hacerlo público: quiere utilizar energía eólica para romper la molécula del agua (H2O), extraer así hidrógeno (H2), almacenarlo en forma de gas y utilizarlo como combustible para los vehículos o como fuente de electricidad a demanda, es decir, cuando haga falta. El proyecto pretende evitar que se desperdicie la energía que no pueden inyectar en las redes eléctricas los parques eólicos alemanes cuando sopla mucho el viento y es baja la demanda, por ejemplo, a determinadas horas de la noche.

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almacenar los escedentes de los aerogeneradores en forma de hidrógeno.--elektromovil 2019-Madrid-Barcelona-Sevilla- Bilbao-Palma-Valencia-Zaragoza- España- Colombia- EE.UU- Argentina- Chile- México-Cuba
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Almacenamiento del sobrante eléctrico de los aerogeneradores en grandes baterías.

En una sociedad que progresa hacia un futuro cada vez más sostenible y que trata de reducir las emisiones totales a la atmósfera, los actuales sistemas de producción de hidrógeno basados en la electrólisis del agua en combinación con las fuentes de energía renovables se plantean como un recurso de gran potencial.  Tanto para la obtención de hidrógeno limpio como para minimizar las fluctuaciones de las energías renovables utilizando el hidrógeno generado como almacén energético. Escribe: Gema Rodado Nieto*

Diferentes formas de almacenar la electricidad

El hidrógeno es el elemento químico más abundante que existe en el universo pero no se encuentra en estado libre sino que está combinado con otros elementos, por lo que no se trata de un recurso natural, sino de un vector energético. El hidrógeno puede ser producido a partir de una amplia gama de fuentes de energía como el agua, los combustibles fósiles o la biomasa, entre otros, a través de diferentes procesos según sea la materia prima y la fuente energética utilizada. Los principales procesos para obtenerlo son la electrólisis, gasificación, reformado, procesos biológicos o termólisis.  Por la diversidad de los recursos a partir de los que se puede producir, la utilización del vector hidrógeno implica mayor seguridad de abastecimiento y mayor acceso a la energía. 

A fecha de hoy, los principales usos del hidrógeno se dan en la industria petroquímica y química, en refinerías de petróleo y en la obtención de amoníaco; aunque también se utiliza en la industria metalúrgica, electrónica y aeroespacial.  En la actualidad también se está empleando el hidrógeno como combustible en vehículos de pila de combustible así como en aplicaciones estacionarias. Este hidrógeno es obtenido principalmente a partir de recursos fósiles, como por ejemplo mediante el proceso de reformado de gas natural, y en menor medida, mediante el proceso de electrólisis del agua, separando la molécula del agua en hidrógeno y oxígeno mediante una aportación de energía eléctrica.

EL HIDRÓGENO COMO VECTOR ENERGÉTICO, PRODUCCIÓN, ALMACENAMIENTO, TRANSPORTE, NORMATIVA Y PROYECTO.

La distribuidora de electricidad Stadtwerke Mainz, el fabricante de gases industriales Linde, la multinacional Siemens y la Universidad de Ciencias Aplicadas de RheinMain acaban de hacer público el lanzamiento del proyecto, consistente en la construcción de una formidable central de electrólisis en el distrito de Hechtsheim, en Mainz (la electrolizadora es la instalación que rompe la molécula del agua y obtiene hidrógeno). Las obras del denominado Parque de la Energía de Mainz (Energiepark Mainz) comenzarán en la primavera de 2014, según han confirmado las partes. La iniciativa, que cuenta con un presupuesto de diecisiete millones de euros, está apoyada por el Ministerio Federal de Asuntos Económicos y Tecnología de Alemania.

De la electrólisis
Según sus promotores, después de su puesta en marcha, que está previsto suceda en 2015, el objetivo último del Energiepark Mainz es hacer «una significativa contribución al éxito de la Energiewende de Alemania» (que así ha denominado el gobierno de aquella nación al cambio de rumbo que quiere imprimir a su política energética, en pos de un horizonte cero nuclear y 100% renovable). Mainz quiere convertise así -según informan sus promotores- en una especie de «faro» de esa política. El proyecto consistiría en fin en la construcción de una planta de electrólisis que produzca con energías renovables hidrógeno para su almacenamiento, su distribución mediante camiones cisterna o su inyección en la red de gas natural para su uso en la generación de calor o electricidad.

Apoyo gubernamental
Según declaraciones de los directores de Stadtwerke, Werner Sticksel y Detlev Höhne, impulsar todo lo relacionado con el almacenamiento de energía es «absolutamente esencial» en el marco de la nueva política energética alemana -el Energiewende– y «el Parque de la Energía de Mainz proporciona una solución innovadora para esta cuestión clave». El sistema de electrólisis del hidrógeno será el corazón del parque. Desarrollado por Siemens, destaca por su formidable potencia, seis megavatios, lo que la convierte -según Siemens– en la electrolizadora más grande del mundo en su género (tecnología PEM, membrana de intercambio protónico).

Grosso modo, el electrolizador PEM convierte energía eléctrica en energía química. La conversión ocurre en dos cámaras, separadas por la membrana. Al aplicársele una tensión continua se produce la separación del agua en hidrógeno (H2) en el polo negativo, y en oxígeno en el polo positivo. Según el profesor Birgit Scheppat, de la Universidad de Ciencias Aplicadas de RheinMain, el objetivo final de este proyecto es ensayar la conversión de energía eólica en hidrógeno «a gran escala» para avanzar en el aprovechamiento, «en términos económicos y ecológicos, de la energía conseguida a partir de recursos volátiles». El proyecto está siendo apoyado por el Ministerio Federal de Asuntos Económicos y Tecnología de Alemania a través de sus Fondos para la Iniciativa de Almacenamiento de Energía.

Una posibilidad para almacenar la energía eléctrica generada en un parque eólico, consiste en acumularla en forma de energía química

Debido a la dificultad de gestionar la energía eléctrica inyectada a la red por los aerogeneradores y a que tampoco es fácil almacenar su energía mecánica (par torsor del eje), los desarrollos tecnológicos orientados a corregir esta variabilidad se vienen enfocando hacia la predicción y el almacenamiento de la energía eléctrica que el parque eólico entrega a la red.

Una posibilidad para almacenar la energía eléctrica generada en un parque eólico, consiste en acumularla en forma de energía química. La reacción química empleada ha de ser reversible; es decir, con la capacidad de poder absorber energía en un sentido y entregarla en el otro, permitiendo con ello el almacenaje de la energía eléctrica.

El par químico que suscita actualmente un mayor interés tecnológico en el almacenamiento de energía eléctrica es el hidrógeno-oxígeno. Ambos elementos constituyen la molécula de agua (H2O) y pueden obtenerse a partir de ella mediante electrólisis (descomposición por electricidad). La posterior combinación de ambos (H2 + O2) para formar agua devuelve parte de la energía absorbida en el proceso de electrólisis previo.

Una de las ventajas del par H2-O2 sobre otros reside en que sólo es necesario almacenar el hidrógeno, ya que el oxígeno puede tomarse de la atmósfera, de la que forma parte.

Aunque sea la pila de combustible la que ha revolucionado el uso del hidrógeno, su combustión en un motor de explosión con oxígeno es una tecnología ampliamente conocida.

En la primavera del 2005 se firmó un acuerdo entre Gas Natural y la Consellería de Economía e Industria de la Xunta de Galicia para el desarrollo de un proyecto piloto de almacenaje de energía eólica, a través de energía química.

OBJETIVOS:


Las infraestructuras del proyecto se ubican en el Parque Eólico Experimental Sotavento. La planta de almacenaje de energía eólica, emplea el hidrógeno a una escala que, sin ser de una envergadura que resuelva la variabilidad de la generación, ha permitido tomar experiencias en operación real trasladables al diseño de soluciones globales.

La producción de hidrógeno se efectúa mediante un electrolizador de 60 Nm3/h de capacidad nominal alimentado con corriente eléctrica proveniente de los aerogeneradores. El electrolizador produce hidrógeno a baja presión que luego se comprime hasta los 200 bar, reduciendo el volumen de almacenaje. Para la posterior conversión a energía eléctrica, se emplea un equipo motogenerador de 55 kW eléctricos.

FUNCIONAMIENTO Y METODOLOGÍA


Funcionamiento del almacenamiento de energía eólica o energía renovable

Un posible modo para almacenar la energía eléctrica generada en un parque eólico, consiste en transformarla en hidrógeno.

La energía eléctrica que se desea almacenar se deriva hacia un electrolizador, que es un dispositivo en el que el paso de la corriente eléctrica disocia agua en sus dos componentes: oxígeno (O2) e hidrógeno (H2) según la reacción H2O = H2 + ½ O2. El H2 obtenido se comprime para hacer más fácil su almacenamiento, mientras que el O2, que no tiene contenido energético, se libera a la atmósfera, de la que ya es componente.

El H2 se mantiene almacenado en recipientes a presión hasta el momento en el que debe emplearse para generar energía eléctrica en situaciones de demanda o necesidad de gestión.

En este caso, el H2 es utilizado como carburante en un grupo de generación eléctrica cuyo motor es similar a los de gas natural, pero adaptado para hidrógeno. El motor aspira aire atmosférico cuyo oxígeno, en proporción del 20%, es el que, provocado por la chispa de las bujías, reacciona con el H2 en los cilindros.

La combustión del H2 + O2 libera sólo agua en un proceso inverso al que se había producido en el electrolizador.

El cigüeñal del motor arrastra un generador que produce nuevamente energía eléctrica que se entrega a la red.

Esquema de Funcionamiento de la Planta de H2

Las distintas fases de las que constó el proyecto han sido:

  1. Elección de equipos y análisis previos
  2. Desarrollo del proyecto en función de los equipos seleccionados
  3. Ejecución y dimensionado de la obra civil
  4. Instalación de los elementos y puesta en marcha
  5. Evaluación de todo el sistema aplicando diferentes estados
  6. Evaluación y simulación del sistema empleando las siguientes consignas
    • Estrategias de gestión
    • Estrategia balancing
    • Estrategia peaking
    • Estrategia restricciones técnicas
    • Estrategia repowering
    • Estrategia cobertura de la demanda
    • Análisis de resultados de estrategias
  7. Análisis de resultados del proyecto
  8. Difusión de resultados

ORGANISMOS COLABORADORES:


El presente proyecto ha sido financiado por Gas Natural y la Consellería de Economía e Industria de la Xunta de Galicia, coordinado por Gas Natural y con la colaboración del Parque Eólico Experimental Sotavento.

SITUACIÓN ACTUAL


El proyecto ha concluido en diciembre de 2011.

DOCUMENTACIÓN:


DescripciónIdiomaTamañoDescargar
Seminario H2: Situación Renovables en España, previsiones futuras_IDAEEspañol1.118 Kb
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Seminario H2: Integración de las renovables en la red_REEEspañol1.796 Kb
logo pdf
Seminario H2: Almacenamiento energético_CENEREspañol1.412 Kb
logo pdf
Seminario H2: Integración eólica e hidrógeno_FHAEspañol2.216 Kb
logo pdf
Seminario H2: Otras aplicaciones del H2 y futuros escenarios_CNH2Español2.168 Kb
logo pdf
Seminario H2: Planta de acumulación de H2 de Sotavento_Gas Natural FenosaEspañol3.014 Kb
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