- ¿Qué son los sistemas de energía de respaldo de pilas de combustible?
- Componentes del generador de energía de hidrógeno
- Casos de uso
- Tecnología de pila
- Comparación con un sistema de respaldo eléctrico a batería pura
- Principios de diseño
- Consumo de hidrógeno por KW
- Almacenamiento de hidrógeno
- Criterios de rendimiento
- Ver el video educativo sobre la energía de respaldo de las pilas de combustible
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¿Qué son los sistemas de alimentación de respaldo con pilas de combustible?
La energía de reserva de las pilas de combustible de hidrógeno es la forma moderna de garantizar un suministro ininterrumpido y descentralizado de electricidad. Una pila de combustible estacionaria, comúnmente conocida como generador de energía de hidrógeno, se utiliza para producir electricidad durante cortes de energía u otras situaciones de emergencia. Estos sistemas de alimentación de reserva de pila de combustible están diseñados para proporcionar una fuente fiable y eficiente de electricidad para cargas críticas, como hospitales, centros de datos y otras infraestructuras críticas.
Componentes del generador de hidrógeno
Los componentes principales de un sistema de energía de respaldo de hidrógeno incluyen una pila de combustible, un sistema de almacenamiento de hidrógeno, una unidad de acondicionamiento de energía y un sistema de control. La pila de combustible es el componente principal del sistema y es responsable de generar electricidad a través de la reacción electroquímica del hidrógeno y el oxígeno. El sistema de almacenamiento de hidrógeno almacena y suministra hidrógeno a la pila de combustible, mientras que la unidad de acondicionamiento de energía convierte la salida de corriente continua (CC) de la pila de combustible en corriente alterna (CA) para su uso por parte de las cargas. El sistema de control gestiona el funcionamiento del sistema y garantiza que funcione de forma segura y eficiente.
Estos componentes y sistemas se adaptan a la aplicación específica, que podría ser un generador doméstico de pila de combustible para uso residencial, un generador de pila de combustible de hidrógeno comercial o incluso un generador de pila de combustible portátil.
Ejemplo- Sistema de energía de reserva de pila de combustible
Casos de uso
Los sistemas de alimentación de respaldo con pilas de combustible se utilizan normalmente en situaciones en las que se necesita una fuente de electricidad fiable y eficiente durante cortes de energía u otras situaciones de emergencia. Estos sistemas se utilizan a menudo para proporcionar energía de reserva a cargas críticas, como hospitales, centros de datos y otras infraestructuras críticas. Un generador de pila de combustible de hidrógeno también se puede utilizar en lugares remotos donde el acceso a la red es limitado o no está disponible, o en aplicaciones donde el uso de combustibles fósiles no es práctico o deseable.
Tecnología de pila
Existen varios tipos diferentes de tecnologías de pilas de combustible que pueden utilizarse en aplicaciones de energía de reserva, incluidas las pilas de combustible de membrana de intercambio protónico (PEMFC), las pilas de combustible de óxido sólido (SOFC) y las pilas de combustible de ácido fosfórico (PAFC). Las PEMFC son la tecnología de pilas de combustible más utilizada en los sistemas de reserva de hidrógeno debido a su alta eficiencia, sus rápidos tiempos de arranque y su capacidad para funcionar a una amplia gama de temperaturas. Las SOFC y las PAFC también se utilizan en algunas aplicaciones de energía de reserva, pero tienden a ser menos eficientes y tienen tiempos de arranque más largos en comparación con las PEMFC.
Comparación con un sistema de respaldo eléctrico de batería pura
Existen varias ventajas y desventajas que se deben considerar al comparar un generador de celdas de combustible con sistemas de energía eléctrica de respaldo puramente basados en baterías. Dichas comparaciones deben tener en cuenta que a menudo se utiliza una batería junto con la pila de combustible para proporcionar almacenamiento de energía adicional y suavizar las fluctuaciones en la salida de la pila de combustible.
Pros de los sistemas de alimentación de reserva de pilas de combustible
- Mayor densidad energética: las pilas de combustible tienen una mayor densidad energética que las baterías, lo que significa que pueden almacenar y generar más energía por unidad de peso y volumen. Esto puede resultar beneficioso en aplicaciones en las que el espacio es limitado o en las que se requiere una alta densidad energética.
- Mayor vida útil: las pilas de combustible tienen una vida útil más larga que las baterías, con una vida útil típica de 20 años o más. Esto puede resultar en menores costos operativos a largo plazo.
- Tiempos de respuesta rápidos: un generador de energía de pila de combustible tiene un tiempo de respuesta rápido y puede alcanzar la potencia máxima en cuestión de segundos. Esto puede resultar beneficioso en situaciones de emergencia en las que se requiere una respuesta rápida.
- Alta eficiencia: los sistemas de pilas de combustible pueden tener una alta eficiencia, con la capacidad de convertir una gran proporción de la energía química del combustible de hidrógeno en energía eléctrica. Esto puede resultar en un menor consumo de combustible y menores costos operativos.
Cons de los sistemas de energía de reserva con pilas de combustible
- Costos iniciales más elevados: los sistemas de energía de respaldo con celdas de combustible tienden a ser más costosos de comprar e instalar que los sistemas de baterías.
- Requiere combustible de hidrógeno: un sistema de energía de respaldo con celdas de combustible requiere un suministro de combustible de hidrógeno, que puede ser difícil de almacenar y transportar en algunos casos.
- Requiere mantenimiento: los sistemas de energía de respaldo con celdas de combustible requieren un mantenimiento regular para garantizar su confiabilidad y eficiencia. Esto puede implicar el reemplazo de ciertos componentes con el tiempo, lo que puede aumentar los costos operativos del sistema.
Pros de los sistemas de energía de reserva con baterías
- Costos iniciales más bajos: los sistemas de energía de respaldo con baterías tienden a ser menos costosos de comprar e instalar que los sistemas de celdas de combustible.
- Bajos requisitos: los sistemas de energía de respaldo con baterías no requieren una fuente de combustible separada, lo que puede ser beneficioso en algunas aplicaciones.
- Bajo mantenimiento: los sistemas de energía de respaldo con baterías requieren un mantenimiento mínimo y, por lo general, tienen un bajo costo operativo.
- Buena densidad de energía: si bien no es tan alta como las celdas de combustible estacionarias, los sistemas de baterías aún tienen una densidad de energía relativamente alta en comparación con otros tipos de sistemas de almacenamiento de energía.
Cons de los sistemas de energía de reserva con baterías
- Menor vida útil: las baterías tienen una vida útil más corta que las pilas de combustible, con una vida útil típica de 5 a 10 años. Esto puede generar mayores costos operativos a largo plazo.
- Mayores tiempos de respuesta: los sistemas de energía de respaldo de baterías tienden a tener tiempos de respuesta más largos y pueden tardar más en alcanzar la potencia máxima después de apagarse. Esto puede ser una desventaja en situaciones de emergencia donde se requiere una respuesta rápida.
- Menor eficiencia: los sistemas de baterías tienden a tener una menor eficiencia en comparación con los sistemas de pilas de combustible, ya que se convierte menos energía almacenada en electricidad. Esto puede generar mayores pérdidas de energía y mayores costos operativos.
Los sistemas de alimentación de reserva de pilas de combustible ofrecen varias ventajas sobre los sistemas eléctricos de baterías puras, como una mayor densidad energética, una vida útil más larga, tiempos de respuesta rápidos y una alta eficiencia. Sin embargo, suelen ser más caros de adquirir y mantener y requieren un suministro de combustible de hidrógeno. Por otro lado, los sistemas de alimentación de reserva con baterías suelen ser menos caros y requieren un mantenimiento mínimo, pero tienen una vida útil más corta, tiempos de respuesta más largos y menor eficiencia. La elección entre un sistema de pilas de combustible y un sistema de baterías dependerá de los requisitos y limitaciones específicos de la aplicación.
Principios de diseño
Existen varios principios básicos de diseño que debe cumplir un sistema eficaz de energía de reserva para garantizar un funcionamiento fiable y eficiente. Entre ellos se incluyen los siguientes:
- Dimensionamiento: El sistema de energía de respaldo debe tener el tamaño adecuado para satisfacer los requisitos de energía y potencia de las cargas durante la duración requerida del tiempo de respaldo. El sistema también debe estar diseñado para manejar el perfil de carga esperado y para proporcionar suficiente margen para satisfacer la demanda máxima.
- Confiabilidad: El sistema de energía de respaldo debe estar diseñado para funcionar de manera confiable y para proporcionar un suministro constante y estable de electricidad a las cargas. Esto puede implicar el uso de componentes redundantes u otras medidas para garantizar la disponibilidad del sistema.
- Seguridad: El sistema de energía de respaldo debe estar diseñado para cumplir con todas las normas y regulaciones de seguridad pertinentes y para proporcionar la protección adecuada para el personal que opera el sistema. El sistema también debe estar diseñado para minimizar el riesgo de incendios, explosiones u otros peligros.
- Facilidad de mantenimiento: El sistema de energía de respaldo debe estar diseñado para que sea fácil de mantener, con fácil acceso a los componentes para inspección y reemplazo. El mantenimiento regular es importante para garantizar la confiabilidad y la eficiencia del sistema.
- Escalabilidad: El sistema de energía de respaldo debe estar diseñado para ser escalable, con la capacidad de agregar o quitar capacidad fácilmente según sea necesario. Esto puede ser importante en los casos en que los requisitos de energía o potencia de las cargas cambian con el tiempo.
- Relación coste-beneficio: el sistema de energía de respaldo debe diseñarse para que sea rentable, con un equilibrio razonable entre los costos iniciales y los costos operativos a largo plazo. Esto puede implicar el uso de tecnologías rentables o la optimización de los componentes del sistema para minimizar los costos.
Consumo de hidrógeno por KW
El consumo de hidrógeno por KW de los generadores de pila de combustible modernos utilizados como sistema de alimentación de reserva depende de varios factores, como el tipo de tecnología de pila de combustible utilizada, la eficiencia de la central eléctrica de pila de combustible y las condiciones de funcionamiento. En general, los sistemas basados en PEMFC tienden a tener un mayor consumo de hidrógeno por KW en comparación con los sistemas basados en SOFC o PAFC. El consumo de hidrógeno de un sistema de alimentación de reserva de pila de combustible también puede verse afectado por factores como la temperatura y la humedad ambiente, el estado de carga de la pila de combustible y el perfil de carga del sistema.
Almacenamiento de hidrógeno
Típicamente, el hidrógeno se almacena en conexión con un sistema de energía de reserva de pila de combustible de una de estas tres formas: como gas comprimido, como líquido o como sólido. El hidrógeno gaseoso comprimido es el método más común de almacenamiento, y puede almacenarse en tanques o cilindros de alta presión. El hidrógeno líquido es otra opción, pero requiere equipos criogénicos de almacenamiento y manipulación, que pueden ser complejos y caros, por lo que no serían adecuados para un generador de pilas de combustible de uso doméstico. También se puede utilizar hidrógeno sólido, pero su uso no está muy extendido debido al elevado coste y la complejidad de los sistemas de almacenamiento y manipulación.
Criterios de rendimiento
Existen varios criterios de rendimiento clave que deben cumplir los sistemas de alimentación de reserva con pilas de combustible para ser eficaces y fiables.
- Eficiencia: La eficiencia de un sistema de energía de respaldo de celdas de combustible se refiere a la cantidad de energía eléctrica producida por el sistema en comparación con la cantidad de energía química almacenada en el combustible de hidrógeno. Los sistemas de mayor eficiencia pueden convertir una mayor proporción de la energía química en energía eléctrica, lo que puede resultar en un menor consumo de combustible y menores costos operativos.
- Densidad de potencia: La densidad de potencia de un sistema de energía de respaldo de celdas de combustible se refiere a la cantidad de energía que se puede generar por unidad de volumen o peso. Los sistemas de mayor densidad de potencia pueden generar más energía en un espacio más pequeño, lo que puede ser beneficioso en aplicaciones donde el espacio es limitado.
- Tiempo de arranque: El tiempo de arranque de un sistema de energía de respaldo que utiliza un generador de celdas de combustible se refiere al tiempo que tarda el sistema en alcanzar la potencia máxima después de apagarse. Los tiempos de arranque más rápidos pueden ser beneficiosos en situaciones de emergencia donde se requiere una respuesta rápida.
- Vida útil: La vida útil se refiere a la vida útil esperada de los sistemas de energía de respaldo de hidrógeno antes de requerir reemplazo. Una vida útil más larga de un sistema puede resultar en menores costos operativos a largo plazo.
Ver el video educativo sobre la energía de respaldo de pilas de combustible
Última actualización: 19.01.2023