1. El Hidrógeno
Vector Energético en la
Generación Termoeléctrica
Luis Bertenasco
Asociación Argentina de Asociación Argentina de
Hidrógeno Biocombustibles e Hidrógeno
31 enero 2011 AAH AABeH

2. El SOL
Es una estrella compuesta aproximadamente por
un 70% de hidrógeno.
Producto de la fusión de:
700 millones de toneladas de hidrógeno por segundo.
Irradia alrededor de 386 miles de billones de megavatios.
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3. El átomo de Hidrógeno
(primer elemento en la tabla periódica)
Electrón
Carga (--)
Negativa
NUCLEO
Con Protón
Carga (+)
Positiva y
Neutrón
Gas incoloro, inodoro e insípido.
14 veces más liviano que el aíre (1 M3NH = 89 gramos), con alta dispersión a la atmósfera.
Líquido (criogénico) es 14 veces más liviano que el agua. Evaporizado se expande 850 veces
en volumen de gas (CNPyT).
El más alto contenido de energía por unidad de masa y el más alto valor calorífico.
Su energía explosiva es la más baja por unidad de energía almacenada, haciéndolo
menos peligroso que otros combustibles.
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4. TIPOS DE COMBUSTIBLES
en la Generación Termoeléctrica y Factores de Emisión
Factores IPCC de Emisión de Carbono y Dióxido de Carbono
Factor de Emisión
Tipo de Kg de C/GJ Kg de
Combustible CO2/GJ
H2 (de renovable) -- --
H 30 (de renovable) 10.71 39.34
B 100 (1) 6.5 23.7
B 20 (1) 17.46 63.94
Gas Natural 15.3 56.2
Petróleo crudo 20.0 73.4
Gas Oil 20.2 74.1
Fuel Oil 21.1 77.4
Coque de Petróleo 27.5 100.9
Coque 29.5 108.3
Panel Intergubernamental sobre factores de
Emisión en los Cambios Climáticos = IPCC
(1) Considerando su ciclo de vida tiende a cero.
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5. Al igual que la Electricidad el Hidrógeno se
constituye en un “Transportador energético”
La interacción entre ambos se puede observar en el funcionamiento
de una Celda de Combustible tipo PEM.
H2 O + Energía eléctrica H2 + O
CALOR CALOR
H2 + O H2 O + Energía eléctrica
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6. Flexibilidad de la Economía del Hidrógeno
Fuente
primaria de
Producción Distribución Almacenaje Uso final
Energía de H2
 Biomasa
 Gasificación
 Eólica de biomasa  Celda de
 Hidráulica y  Tubería  En estado
 Pirolisis combustible
mareomotriz Gaseoso a
 Reformado estacionaria
 Geotérmica presión
Biogas  Camión
 Solar  Fermentación  Motor de
 Nuclear ( es Foto biológico  En Estado combustión
 Barco
no renovable, Líquido interna
 Fotólisis
pero de bajo “Criogénico”
nivel de  Termólisis  Ferrocarril  Turbina de
emisiones de  Electrólisis Generación
GEI)
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7. BIOMASA: estados para usos energéticos
Sólido: Pellets, Briquetas, leña, astillas, chips, otros.
Utilizados como combustibles en Calderas para la
Generación Eléctrica por Vapor.
Líquido: Etanol, Metanol y Biodiesel.
Biodiesel utilizado como combustibles en Motogeneradores
y Turbinas Termoeléctricas alimentadas a Gas Oil (B 20 -
100).
Gaseoso: Biogas e Hidrógeno.
Utilizados como combustibles en Motogeneradores y
Turbinas Termoeléctricas alimentadas a Gas (H 30 -100).
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8. BIOMASA: producción de Hidrógeno
Resumen del estado de las tecnologías de conversión de la Biomasa
TECNOLOGIA ESTADO EFICIENCIA H2/V OPORTUNIDAD
Gasificación Desarrollo 41-65% Electricidad
Pirolisis Desarrollo 30-50% Abundancia
Reformado Biogas Madura 25-40% Electricidad
Fertilizantes
Fermentación Laboratorio 10-20% Abundancia
Foto Biológico Laboratorio 1-10% Electricidad
Aceite
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9. FOTOLISIS
producción de Hidrógeno
Algunos Semiconductores son
capaces de producir H2 por
fotólisis de agua con luz solar
6- 18 % de eficiencia en laboratorio
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10. TERMOLISIS: producción de Hidrógeno
H2 a partir de Agua con procesos a altas temperaturas
en Nuclear y Solar
Proyecto
Hydrosol
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11. TERMOLISIS: producción de Hidrógeno
Proceso Térmico Proceso Químico
Descomposición directa de agua Ciclos Termoquímicos
por vía térmica: T > 2500 Cº T < 1000 Cº
El ciclo S-I es el más prometedor:
• T ~ 900 Cº
• Eficiencia ~ 43 %
Los reactores nucleares actuales
no alcanzan este nivel de T
Se requiere de nuevos conceptos
de reactor Ej: “Generación IV”
(VHTR)
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12. ELECTROLISIS
Eólica
Hidráulica
e -
Mareomotriz
Geotérmica
Electrolizador
Eficiencia 50 - 80%
Solar
Fotovoltaica
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13. ELECTROLIZADORES
PRODUCCION DE HIDROGENO BAJO PRESION
ITBA
30 bar
Electrolizador
PHOEBUS
120 bar
Electrolizador
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14. FORMAS DE ALMACENAMIENTO DEL HIDROGENO
GAS:
Media Presión ~200 atm (recipientes de acero)
Alta Presión ~450 atm (recipientes de materiales compuestos)
Muy alta Presión ~750 atm ( recipientes con interior de aluminio)
~ 600 Kg ~ 450 Kg
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15. FORMAS DE ALMACENAMIENTO DEL HIDROGENO
LÍQUIDO:
a T< -253 Cº. El proceso de licuación y su mantenimiento
insume 35-40% del contenido energético del hidrógeno.
Cisternas criogénicas: ~4.000 kg
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16. CELDAS DE COMBUSTIBLES
Estos sistemas ya son acequibles, e incluso funcionan a escala comercial
en países como Japón, aplicados a generación domiciliaria y de mediano
consumo
No obtante a los continuos avances, las
“Celdas de Combustibles” aún requieren de
mejoras en sus costos de producción, en
relación con los sistemas convencionales
de Generación Eléctrica y así lograr
irrumpir en la Generación a mayor escala.
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17. HIDROGENO EN GENERACION TERMOELECTRICA
Como pensar en la Generación a gran escala:
El H2 como “Pulmón en la Generación”, se produce utilizando
la Energía Eléctrica disponible en los Valles durante su demanda
y luego se introduce como gas combustible en Motogeneradores
y Turbinas de Generación Eléctricas, generando electricidad
durante los Picos.
En la combustión genera vapor de agua, producto de su
oxidación.
El H2 como “Acumulador Energético”, producido a partir de
Energías Renovables, es convenientemente almacenado y
luego utilizado como gas combustible, en las Centrales
Térmicas.
Estos esquemas permiten resolver un antaño problema de
acumulación de la energía excedente, para luego
reutilizarla cuando surge la demanda
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18. Hidrógeno como “Pulmón”
en la Generación Termoeléctrica
Red Alta Tensión
Generación de Electricidad en Picos
Turbina Termoeléctrica
Producción de H2 en Valles
Electrolizador a presión Cilindros de H2
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19. Hidrógeno como “Acumulador Energético”
en Energías Renovables - Eólica
Turbinas eólicas
Red Alta Tensión
Generación de Electricidad a Demanda
Turbina Termoeléctrica
Con excedente de viento producción de H2
Electrolizador a presión Cilindros de H2
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20. Hidrógeno como “Acumulador Energético”
en Energías Renovables - Eólica
VENTAJAS para la Generación Eléctrica
 Aumentar la eficiencia y disminuir las emisiones en
generación centralizada y distribuida (Motogeneradores y
Turbinas).
 Amortiguar el carácter intermitente de los generadores
Renovables y aumentar su predictibilidad.
 Gestión de la carga (variabilidad diurna y estacional).
 Reducir la necesidad de reforzar las líneas de transporte y
de distribución.
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21. 21 July 2010
Inauguran la primera central eléctrica del mundo
alimentada a hidrogeno
La primera central eléctrica del mundo, de dimensiones
industriales y alimentada a hidrógeno, entró en funcionamiento el
lunes 12 de julio en Fusina, provincia de Venecia. Habiendo
inaugurado la planta el administrador delegado de ENEL (la
empresa de energía eléctrica de Italia). La central, con una
potencia de 16 Mw., se basa en un ciclo combinado por el cual un
turbogas viene alimentado con hidrógeno para producir energía
eléctrica y calor. El turbogas está equipado con una cámara de
combustión desarrollada para ser alimentada con hidrógeno, sin
emisiones de anhídrido carbónico y con emisiones bajísimas de
óxidos de nitrógeno. La energía térmica liberada por la combustión
es convertida en energía eléctrica en una turbina a gas,
desarrollando una energía de 12 Mw aproximadamente, mientras
que los gases de escape están constituidos exclusivamente por
aire caliente y vapor. La usina ha requerido una inversión por parte
de ENEL de aproximadamente 50 millones de Euros.
La central está en condiciones de utilizar 70 mil toneladas de combustible derivado de la recolección
diferenciada y del tratamiento de los residuos sólidos urbanos (CDR): es equivalente a la cantidad de
residuos producidos por 300 mil personas. Utilizando el CDR en lugar de carbón para alimentar las
calderas de la central se recupera el contenido energético y se evita la descarga en vertederos, ahorrando
la emisión de aproximadamente 50 mil toneladas de anhídrido carbónico al año.
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22. Programa GENREN 2010– Argentina
Licitación de ENARSA
Ley 26.190:
Régimen de fomento nacional
para el uso de fuentes renovables
de energía destinadas a la
Generación eléctrica.
FUENTE DE TARIFA PROMEDIO (e)
ENERGIA OFERTADO u$s/MW
Eólica 500 MW 140
Biomasa 100 MW 190
Mini Hidráulica 60 MW 170
Fotovoltaica 20 MW 580
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23. VISION DEL HIDROGENO EN
LA GENERACION TERMOELECTRICA
AÑOS
2010-30 Corto Plazo:
Mezcla con Gas (H 30) en Motogeneradores y Turbinas
Termoeléctricas.
Aplicación de Celdas de Combustibles en sistemas
residenciales y de servicios.
2030-50 Medio Plazo:
H2 100% en Motogeneradores y Turbinas
Termoeléctricas.
Aplicación masiva de Celdas de Combustibles en
Generación Eléctrica.
2050 » Largo Plazo:
H2 en Generación distribuida (Ciclos Combinados,
Celdas de Combustibles, en Energías Renovables).
Redes Eléctricas Inteligentes.
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24. SIGLOS DE LA ENERGIA
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25. Final de la Presentación
Muchas Gracias
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