1.-INTRODUCIÓN
Alguno de los grandes desafíos
que afrontaremos en los tiempos que se avecinan es el almacenamiento de grandes
cantidades de energía eléctrica de una forma fiable y barata.
Como sabemos, uno de los
problemas en los que estamos atrapados los generadores de energía eléctrica en
grandes centrales es la necesidad de casar generación con consumo. A medida que
la penetración de grandes instalaciones que utilizan energías renovables se ha
incrementado en el mix energético, ha sido necesario dedicar grandes esfuerzos,
tanto materiales como humanos, para garantizar la estabilidad de la red
eléctrica nacional. En este sentido es notable destacar la encomiable labor
realizada por Red Eléctrica de España y el Centro de Control de Energías
Renovables, al gestionar en determinados momentos puntuales, coberturas de
demanda del orden del 60 % mediante energía eólica, permaneciendo el sistema
español estable.
La generación de electricidad a
través del uso de fuentes renovables de carácter eminentemente estocástico como
son el sol y el viento, provoca un desajuste entre la demanda y la oferta. La
imposibilidad de adaptarse a la curva de demanda ha provocado “grandes”
rechazos de estas instalaciones como alternativa a la generación tradicional.
A lo largo de estos últimos años
se han iniciado, y están en marcha, proyectos encaminados a proporcionar
equipos que permitan independizarse de la losa aleatoria que supone la
generación de electricidad con recursos como el sol y el viento. Una de las
líneas de investigación es la utilización como vector de almacenamiento
energético el uso de hidrógeno.
El hidrógeno es el elemento
químico de número atómico 1 y símbolo “H”. A temperatura ambiente es un gas
diatómico inflamable, incoloro e inodoro, y es el elemento químico más ligero y
más abundante del Universo. Aparece en multitud de sustancias como, por ejemplo,
el agua y los compuestos orgánicos, y es capaz de reaccionar con la mayoría de
los elementos. La producción limpia de hidrógeno a partir de fuentes de energía
renovables es, sin duda, un aspecto importante a tener en cuenta dentro del
lanzamiento real de este gas como “vector energético” del futuro, dentro de una
sociedad que demanda, cada vez más, un “desarrollo sostenible”.
En este documento se trata de
plantear una producción de hidrógeno limpia, a partir de una fuente de energía
como es la eólica, para solventar el problema de almacenamiento de excedentes
energéticos, tan frecuente en las fuentes de energía renovables.
2.-DESCRIPCIÓN DE LOS EQUIPOS
2.1.- ELECTROLIZADOR.
El electrolizador está montado en
un contenedor de 40 ft que comprende la planta de proceso, la sala de control y
de potencia eléctrica (transformadores y rectificadores) y los elementos
auxiliares como el tratamiento de agua y la ósmosis inversa, el compresor de
aire para instrumentación y el sistema de refrigeración.
Sus conexiones se limitan a
aportaciones de agua y potencia eléctrica y salida de hidrógeno. Adicionalmente
se conecta el cableado para telecontrol y supervisión:
- Conexión eléctrica: 2 cables
para 315 A cada uno más uno para 63 A, todos ellos trifásicos para 400 V, 50Hz.
- Conexión de hidrógeno: Para
suministrar hasta 60 Nm3/h de gas de pureza comercial (99,8%) a una presión
hasta 10 barg.
- Conexión de agua: para recibir
un caudal de 60 litros/hora a presión de 1 barg. Esta línea de
suministro de agua estará provista una electroválvula de cierre.
2.2 COMPRESOR.
Las características técnicas de
la planta de compresión de Hidrógeno a instalar las siguientes:
Modelo HFS 15.4-13-DUO II
Presión de aspiración de 2,0 –
4,0 bar
Caudal de 2 x 18,0 a 30,9 m³/h
Caseta de hormigón de
insonorización para la instalación en la intemperie de -20ºC a +40ºC
Características de
construcción:
• Tramo de aspiración:
- tubería conexión gas: DN50,
DIN2950, G11/2”
- válvula cierre
- electroválvula de cierre Ex
- válvula anti-retorno
- manómetro presión de aspiración
- depósito de aspiración (volumen
geométrico: 100 dm3) para la recogida del caudal de gas alojado durante la
ventilación del latiguillo de llenado y la ventilación de la caja del cigüeñal
- filtro de aspiración
"MICRONIC", 10μ
- válvula de descarga
- presostatos (Ex) para el control
de la presión de entrada mínima 1,5 bar /máxima 4,5 bar.
- válvula de seguridad con
tubería de venteo hacia la atmósfera
• Datos técnicos del compresor C
15.4:
- Medio: Hidrógeno
- Presión de aspiración: 2,0 a
4,0 bar
- Temp. de aspiración: 0 hasta
+40 ºC
- Temp. ambiente: -20 hasta +40º
C (ventilación y calefacción están integrados en la caseta)
- Presión nominal: 220 bar
ajustados en la válvula de seguridad
- Presión de trabajo: 200 bar
- Caudal: 18,0 Nm³/h con 2,0 bar presión aspiración
30,9 Nm³/h con 4,0 bar presión aspiración (con +20ºC y 1013 mbar ef.)
Caudal según la norma VDMA 4362
Tolerancia +/-5% medido con un medidor de caudal.
- Revoluciones: 1320 r / min
- Etapas de compresión: 3
- Cilindros: 4
- Dimensiones de los cilindros:
diám. 32/60/32/15 mm
- Recorrido del pistón: 50 mm
- Velocidad media del pistón: 2,4
m/s
- Potencia absorbida con presión
nominal: 7,4 kW con 2,0 bar de
presión de aspiración
12,4 kW con 4,0 bar de presión de aspiración.
- Accionamiento: por correas
- Caudal de aire de
refrigeración: min. 3.800 m³/h
• Bloque compresor:
- bomba de aceite para la
lubricación por presión
- descarga de la caja del
cigüeñal con retorno del gas la aspiración
- refrigerador intermedio
refrigerado por aire después de cada etapa
- refrigerador posterior,
refrigerado por aire, temp. salida del aire ca. 15ºC a 25ºC sobre la temp. del
aire de refrigeración
- válvulas de seguridad después
de cada etapa, con ventilación
- válvula de seguridad para la
presión final homologado por el TÜV
- válvula para el mantenimiento
de la presión y anti-retorno
- descarga de la caja del
cigüeñal con retorno de los gases a la aspiración
- válvula de seguridad para el
depósito acumulador con ventilación
- unidad de aspiración y
compresión de los gases del cigüeñal y gases de expansión.
• Sistema de purga automático:
- descarga de los condensados del
separador final durante el funcionamiento de
la planta en ciclos fijados. La
descarga se realiza a través de una válvula neumática. El pilotaje de este
sistema se realiza mediante una electroválvula (Ex).
- descarga de arranque incluido
en el sistema de la descarga de los condensados
- conexión para un sistema de
almacenamiento de los condensados
- sistema de almacenamiento de
los condensados depósito de 200 litros para la separación de aceite y agua del
gas, retorno del gas a la aspiración a través de una electroválvula (Ex)
• Dispositivos de control:
- sensor de presión de aceite
(ex)
- manómetro para la presión final
- sensor de temperatura para la
última etapa
• Motor eléctrico:
Tipo: motor eléctrico trifásico
Potencia nominal: 15 kW
Revoluciones: 2933 r/min
Tensión nominal: 400 V (+/-5%)
Frecuencia: 50 Hz
Funcionamiento: continuo,
arranque estrella triángulo
Forma de contrucción: B3
Protección: IP 55
Protección contra explosiones:
EExde II C T1
Clase de aislamiento: F
• Pilotaje eléctrico:
SPS (PLC) para el pilotaje y el
control de todos los elementos y parámetros del compresor. Si se produce una
desviación en el funcionamiento el compresor se desconecta automáticamente y
indica la causa en el DISPLAY.
Temp. ambiente: -20 ºC hasta +40
ºC
Tensión de trabajo: 3 x 400 V
(+/-5%), 50 Hz
Tensión de pilotaje: 24 V, 50 Hz
y 24 V cc
Protección: IP55
Fuente de alimentación:
- interruptor principal
- estrella triángulo con relé
térmico de sobrecarga
- transformador con fusibles en
el primario y el secundario
- interruptor de emergencia
- fuente de alimentación,
estabilizada para 24 Vcc
Unidad electrónica de pilotaje
con circuito impreso principal con Eprom e Interface
Panel con LCD-Display, contador
de las horas de funcionamiento
Unidad electrónica de control de
los siguientes estados del compresor:
- presión de aspiración mín./máx.
- presión del aceite
- temperatura de la última etapa
- temperatura del aire de refrigeración
- presión final
- temperatura ambiental
- sobrecorriente del motor
Calefacción para el rack con
regulación de temperatura
Contador de ciclos para el
separador final
Relee temporizado para el sistema
de condensados
Módulo SPS para el pilotaje de la
máquina
Todos los bornes y relees
necesarios
Barreras de seguridad para todos
los sensores (separación galvánica)
El módulo de potencia, el módulo
de pilotaje así como el teclado de manejo están ubicados en un rack separado
del compresor fuera del área Ex.
Los sensores de temperatura,
termostatos y sensores de presión están ubicados en los lugares adecuados en el
compresor o en la carcasa.
• Sistema de tratamiento de gas a
alta presión:
- el sistema de tratamiento de
gas está instalado después del compresor y trabaja con una presión entre 150
bar hasta 350 bar
- los cartuchos para el secado
del gas están cargados con tamiz molecular y pueden ser recargados
completamente (duración del cambio: 30 minutos )
- Calidad del gas de salida del
filtro:
Temperatura del gas: 0 a +50 ºC
Caudal: 28 a 48 m³/h
Humedad a la entrada: 40 mg/m³
Punto de rocío a presión: -20 ºC
Contenido de aceite: máx. 8 a 10
ppm
Duración de los cartuchos
-con las condiciones normales:
2000 horas
Consiste en:
- separador de aceite y agua con
válvula automática de condensados
- válvula anti-retorno
- válvula de ventilación con
manómetro
- 4 x carcasa (PN350) con 4
cartuchos de larga duración (MS)
- medidor de punto de rocío
- sensor para la medición del
punto de rocío
El medidor de punto de rocío está
montado en el panel de pilotaje y controla el punto de rocío del gas. Si el
punto de rocío a presión sube de –25 ºC se conecta una señal de aviso. Con –20
ºC se apaga el compresor. Este sistema evita la aportación de la humedad al
sistema de almacenamiento y hace posible el máximo aprovechamiento de los
cartuchos secantes.
• Caseta de hormigón
insonorizada:
- todos los componentes de la
planta incluido el sistema de almacenamiento B2400 están ubicados dentro de una
caseta de hormigón insonorizada para la instalación a la intemperie
- nivel de ruido: aprox: 65 dB
(A) +/- 2 dB (A), medidos en 1m de distancia con radiación libre según norma
DIN 45635
- caseta de hormigón armado
- apertura para el aire de
refrigeración con silenciador
- apertura para el aire de
ventilación con silenciador
- puertas en todos los lados para
los trabajos de mantenimiento con cerradura
- calefacción eléctrica, aprox.
1200 VA
- protección contra rayos
eléctricos
- pintado
- canalización del agua de lluvia
- dimensiones: longitud 5000mm x
ancho 2600mm x alto 2900mm
- peso: aproximadamente 30000 Kg
- dispositivo para el control de
la concentración del gas 15% = paro
2.3 MOTOGENERADOR.
El grupo motogenerador con motor
de hidrógeno, está montado en un contenedor de 20 ft que, además del motor y el
generador acoplados incluye los armarios eléctricos y de control. El contenedor
soporta el intercambiador agua-aire para refrigeración del motor. La
ventilación del contenedor se efectúa a través de silenciadores acústicos.
Sus conexiones se limitan a la
alimentación con hidrógeno a presión estabilizada, el cableado eléctrico de
potencia y el cableado para telecontrol y supervisión.
- Conexión eléctrica: para
suministrar 60 kW a 400V, 50 Hz, trifásico.
- Conexión de hidrógeno: para una
alimentación de 70 Nm3/h a una presión estabilizada en un valor en el rango
entre 25 y 60 mbar.
2.4 ALMACENAJE DE HIDRÓGENO.
Se realizará en 7 bloques de 28
botellas de 50 litros de capacidad a 200 bar, lo que totaliza 246,4 Nm3 de H2
por bloque y 1.724,8 Nm3 el conjunto del almacenamiento.
Estos bloques se interconectarán
de forma que formen dos conjuntos de almacenamiento de H2, con la posibilidad
de aislamiento de cada grupo.
Se incluirán además los elementos
necesarios en la etapa de descompresión, según los esquemas adjuntos, de modo
que en una primera etapa se reducirá la presión del conjunto a 14 bar, y en una
segunda etapa la presión se reducirá al rango de 25 a 60 mbar, para suministro
al motogenerador.
3.- CANALIZACIÓN ELÉCTRICA
Las distintas líneas eléctricas a
realizar son las siguientes:
• Alimentación al electrolizador:
se realizará mediante 2 cables para 315 A cada uno más uno para 63 A. Todos
trifásicos para 400 V, 50 Hz.
• Alimentación al compresor: para
una potencia nominal de 15 kW a 400 V 50 Hz trifásica.
• Motogenerador a centro de
transformación: para el transporte de la energía eléctrica generada en el
motogenerador 60 kW a 400 V, 50 Hz, trifásica.
• Lineas de control y
supervisión: trazadas hasta cada uno de los elementos referenciados y a los
contadores de energía.
4.- RED DE ABASTECIMIENTO DE AGUA
La red de abastecimiento de agua
para los equipos, consiste en una tubería de polietileno, de 40 mm de diámetro
alojada en la correspondiente zanja y provista de las correspondientes válvulas
de compuerta y arquetas. Dicha red se prevé desde el depósito ubicado en la
caseta situada frente al ala de control del edificio, hasta el electrolizador,
ubicado en la losa de la explanada.
Dada la diferencia de cotas entre
el depósito (cota 645) y la explanada (cota 640), y teniendo en cuenta la
presión necesaria de 1 bar para el funcionamiento del electrolizador, la red se
complementa con un equipo de bombeo con variador y presostato electrónico para
garantizar la presión en los equipos.
4.- OBRAS VARIAS
Se realizarán varias obras necesarias para el acondicionamiento del terreno para los equipos, cerramientos perimetrales, canalizaciones desagüe, puestas a tierra, etc, con objeto de dejar la instalación operativa y funcionando.
5.- PRESUPUESTO
El presupuesto total de las obras
en ejecución por contrata se eleva a la cantidad de
302.111 €
5.- DIAGRAMA DE BLOQUES
6.- IMAGEN DE LA INSTALACIÓN
