Modelado y Optimización de un Sistema Micro-CHP (Electricidad y Calor Combinado) con Pila de Combustible de Alta Temperatura (HTPEM) basado en Glicerol

Ibarbuen Bellé, Samanta
Romero Pascual, Enrique (dir.) ; Soler Herrero, Jaime (dir.)

Universidad de Zaragoza, EINA, 2017
Departamento de Ingeniería Química y Tecnologías del Medio Ambiente, Área de Ingeniería Química

Ingeniero Químico

Resumen: El sector residencial es uno de los nichos de mercado donde el hidrógeno y las pilas de combustible pueden jugar un importante papel en el futuro, reduciendo el uso de combustibles fósiles, aumentando la eficiencia de los sistemas de conversión de energía, reduciendo las emisiones de efecto invernadero e incrementando el uso de energías renovables. Las pilas de combustible, en el sector residencial, con el apoyo de las energías renovables para la producción de hidrógeno, pueden favorecer la generación distribuida, convirtiendo a las viviendas en pequeñas centrales de generación y a los usuarios en productores, a la par que consumidores de su propia energía. De este modo se consigue aumentar el uso de las energías renovables, hacer un uso más eficiente de la energía y reducir la dependencia energética exterior, haciendo un mejor y mayor uso de los recursos de la zona. Otra ventaja de estos sistemas es que la producción se hace de forma descentralizada, lo que permite que la electricidad sea producida en la zona de consumo. Así se reducen considerablemente las pérdidas en el transporte, que se encuentran entre el 6% y el 24% para la red eléctrica europea. En el trabajo presentado se modela un sistema micro-CHP basado en glicerol como alimentación en AspenOne HYSYS®. En dicho sistema se reproduce un modelo de pila de combustible polimérica de alta temperatura (HTPEM) para la obtención de 1 kW de potencia eléctrica y se integra un sistema de tratamiento de combustible y producción de agua caliente sanitaria (ACS). La pila se alimenta con un flujo continuo de hidrógeno proporcionado por el reformado de un combustible como es el glicerol; con la limitación de que la concentración de CO a la entrada de la pila ha de ser inferior a 20.000 ppm. El glicerol es el principal subproducto de la industria del biodiesel y el aumento global de la producción de este biocombustible ha dado lugar a un aumento simultáneo en la cantidad de glicerol en bruto, haciendo que éste se devalúe. Es necesario aportar calor al reformador debido a la reacción endotérmica producida, dicho calor se proporcionará quemando una cantidad extra de glicerol en un combustor. Se realizan simulaciones para un rango de temperaturas de reformado entre 525°C y 800°C y una vez seleccionada la temperatura óptima de reformado, se analiza la influencia de la temperatura de operación de la pila en un rango entre 120°C y 200°C. Los resultados muestran unos rendimientos aceptables para poder plantear situaciones reales: % de eficiencia eléctrica y % de eficiencia global (incluyendo la térmica).

Tipo de Trabajo Académico: Proyecto Fin de Carrera