Microrred fotovoltaica para hidrógeno y refrigeración

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Fuente: https://www.pv-magazine.com

La Universidad de la Polinesia Francesa ha construido una unidad de generación de hidrógeno impulsada por energía fotovoltaica que combina una cadena de hidrógeno con una unidad termoquímica. Este último se utiliza para recuperar el calor residual del electrolizador y la pila de combustible para permitir una producción de refrigeración diferida para el aire acondicionado.

Imagen: Universidad de la Polinesia Francesa, Revista Internacional de Energía del Hidrógeno, Licencia Creative Commons CC BY 4.0

La Universidad de la Polinesia Francesa ha desarrollado una microrred alimentada por energía solar que respalda la generación de hidrógeno que, a su vez, se utiliza para producir electricidad y refrigeración.

El sistema acopla una cadena de generación de hidrógeno compuesta por un electrolizador y una pila de combustible con una unidad termoquímica. La cadena de hidrógeno se utiliza como unidad de almacenamiento, mediante electrólisis para dividir el agua en hidrógeno (H2) y oxígeno y luego convertir el H2 nuevamente en electricidad a través de una celda de combustible. La unidad termoquímica está diseñada para recuperar el calor residual del electrolizador y la pila de combustible para permitir una producción de refrigeración diferida para fines de aire acondicionado.

“La instalación RECIF consta de los siguientes componentes: un inversor híbrido, paneles fotovoltaicos, un paquete de baterías de iones de litio, un electrolizador PEM para la producción de H2, un tanque de almacenamiento de H2, una pila de combustible PEM para la producción de electricidad a partir del H2 almacenado, una carga eléctrica controlable y un sistema de aire acondicionado hecho a medida con una unidad termoquímica para almacenamiento de energía térmica y producción de frío diferido”, dijo a pv magazine el investigador Franco Ferrucci , señalando que los componentes están instalados en un contenedor de 20 pies.

Como par termoquímico sólido/gas, el sistema utiliza una sal de cloruro de bario (BaCl 2 ) que reacciona con amoníaco (NH 3 ), que a su vez sirve como fluido refrigerante en el circuito de refrigeración. «Este par tiene la ventaja de poder trabajar con fuentes de calefacción de temperatura relativamente baja (55 C), lo que lo hace compatible con electrolizadores PEM y pilas de combustible», dijeron los investigadores.

El grupo de investigación implementó el sistema en 2018 y desde entonces han surgido preocupaciones sobre la seguridad del sistema. “La puesta en marcha de una instalación de este tipo fue muy desafiante, principalmente debido a la falta de experiencia en el territorio con este tipo de instalación y a un contexto regulatorio poco claro en cuanto a sistemas de seguridad y atmósferas explosivas”, explicaron los científicos.

Para abordar estos problemas de seguridad, el grupo también desarrolló un sistema de seguridad destinado a reducir los riesgos de explosión relacionados con los gases H2 y NH3. En una instalación de hidrógeno pequeña, el mayor riesgo puede materializarse en caso de una fuga de hidrógeno que no pueda detectarse dentro de un recinto mal ventilado.

“Nuestra instalación cuenta con paneles solares que cubren una superficie de 23m2, y el sistema de protección cuenta con contactores de 1000 V que desconectan los paneles cuando el sistema de seguridad detecta una condición de accidente, ya que una de las acciones de seguridad es interrumpir la producción de electricidad renovable”, Ferrucci dicho.

“En el caso de una instalación fotovoltaica de mayor tamaño, no resulta práctico desconectar los paneles directamente, ya que no existe una gran variedad de contactores CC de alta tensión en el mercado. En ese caso, el sistema de seguridad necesitaría desconectar el inversor para que no pueda suministrar energía al resto de la instalación. Además, debe existir una distancia física entre el cuadro eléctrico fotovoltaico y la instalación de hidrógeno”, añadió.

El sistema de seguridad también incluye un gabinete eléctrico que contiene un controlador lógico programable (PLC) de seguridad, que puede desconectar el flujo de energía. Otra herramienta empleada es un sistema de ventilación forzada con renovación continua de aire y modos de ventilación de emergencia, junto con extintores y detectores de humo.

Además, se instala un conjunto de valores de alivio en la unidad de almacenamiento de H2 y los sensores pueden monitorear los niveles de H2 en la celda de combustible y el electrolizador. Además, varios transmisores pueden interrumpir el suministro de energía de la unidad termoquímica cuando se identifica un peligro. Todas las herramientas de seguridad se pueden controlar y monitorear a través de un sistema de control de supervisión y adquisición de datos (SCADA) y un sistema instrumentado de seguridad (SIS).

«En términos generales, el objetivo principal de la instalación es doble: proporcionar energía a la carga eléctrica y mantener un nivel adecuado de confort térmico dentro del contenedor en el que se instalan los componentes», dijo Ferucci, refiriéndose al sistema de seguridad.

El concepto de microrred y el sistema de seguridad relacionado se presentaron en el estudio » Diseño e implementación del sistema de seguridad de una microrred inteligente impulsada por energía solar que comprende la producción de hidrógeno para la cogeneración de electricidad y refrigeración «, publicado en el International Journal of Hydrogen Energy. .

«El estudio establece la confiabilidad del sistema de detección de gas, afirmando su cumplimiento del nivel de integridad de seguridad SIL-2 basado en el análisis de riesgos y las recomendaciones de la empresa especializada de inspección y certificación que supervisa la validación de la instalación de RECIF», dijo Ferrucci. «Las simulaciones realizadas demuestran que el sistema de seguridad detecta y detiene rápidamente cualquier fuga dentro del contenedor, reduciendo efectivamente la concentración de gas a niveles insignificantes».

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