Presentación de PowerPoint

Proceso de Generación de Gas Natural
Renovable
Jornada PTEHPC. Grupo de Trabajo Técnico de Almacenamiento y
Distribución de Hidrógeno
12 Mayo 2015 - Huelva
Mónica Sánchez
Responsable Unidad de Desarrollo y Validación de Sistemas.
Centro Nacional del Hidrógeno (CNH2)
Proyecto Renovagas, con número de expediente RTC-2014-2675-3 financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad
EL PROYECTO
INFORMACION GENERAL





Jornada PTHEPC: Grupo de Trabajo Técnico de Almacenamiento y Distribución de Hidrógeno
EL PROYECTO
CONSORCIO
Jornada PTHEPC: Grupo de Trabajo Técnico de Almacenamiento y Distribución de Hidrógeno
EL PROYECTO
EL CONCEPTO GENERAL “POWER-TO-GAS”
Jornada PTHEPC: Grupo de Trabajo Técnico de Almacenamiento y Distribución de Hidrógeno
EL PROYECTO
MOTIVACION
 Necesidad de almacenamiento de energía de gran capacidad y largos
periodos
 Existe un desacople entre la producción de energía renovable y la de demanda:
tiempo, lugar y cantidad
 La integración a gran escala de las EERR producirá grandes excedentes que
deben ser almacenados
 Sistemas de almacenamiento modular y flexible que pueden
intermitentemente para el balance de energía: estabilización de la red
trabajar
 Reto: almacenar diariamente y descargar durante meses
VECTORES ENERGETICOS QUIMICOS
 Hidrógeno producido vía electrolítica.
 Falta de infraestructura para su
distribución y consumo y altos
costes de almacenamiento
 No viable a corto plazo
 Gas
Natural
Sintético
metanación del hidrógeno
mediante
Jornada PTHEPC: Grupo de Trabajo Técnico de Almacenamiento y Distribución de Hidrógeno
EL PROYECTO
MOTIVACION
 Utilización de la red existente de Gas Natural
 La infraestructura de Gas Natural (transporte, almacenamiento y distribución) está
ya disponible.
 Densidad energética del metano (Gas Natural Sintético) tres veces mayor al
hidrógeno
 La capacidad de transmisión de la red de Gas Natural es casi un orden superior a
la red Eléctrica.
 Ofrece “no” limitaciones de capacidad.
 El transporte de electricidad es 20 veces
más caro que el transporte de la misma
cantidad de energía vía tubería.
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EL PROYECTO
MOTIVACION
 Consumidor de CO2, necesario para la reacción de metanación:
 Proveniente de la atmósfera (Métodos de adsorción, absorción, membranas).
 Utilización del CO2 residual, producido por fuentes fósiles mediante captura de
carbón en plantas de carbón o como subproducto de proceso industriales
 Posibilidad de combinarse con plantas de biogás: BIOMETANIZACION
 España tiene materia prima suficiente para suplir con
biogás el 12% del consumo anual de gas natural.
 Principal fuente biogás: vertederos
depuración de agua (90 %)
y
lodos
de
 Producción de biogás 203 ktep/año (2008 IDAE).
 Actualmente utilizado en autoconsumo, consecuencia
de la normativa legal vigente.
 Necesidad de estrategias de upgrading de biogás a
biometano que permitan su comercialización como
vector energético autóctono.
 Gas Natural Sintético, combustible para el transporte y producción de calor
con balance neutro de CO2
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ESTADO DEL ARTE
DIAGRAMA FLUJO GENERAL
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ESTADO DEL ARTE
FASE 1. PRODUCCION DE H2 VIA ELECTROLITICA

H2O
H2 + ½ O2
D






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ESTADO DEL ARTE
FASE 2. METANIZACION DE CO

CO2 + 4H2
CH4 + 2H2O
D










Jornada PTHEPC: Grupo de Trabajo Técnico de Almacenamiento y Distribución de Hidrógeno
ESTADO DEL ARTE
INNOVACIÓN
UILIZACION DE BIOGÁS COMO
FUENTE DE CO2
INTEGRACION DE SISTEMA DE
ELECTROLISIS AVANZADOS
DISEÑO DE REACTOR
ESTRUCTURADO O DE
MICROCANALES
A día de hoy: Único proyecto
demostrativo a escala piloto
de implantación de Power-togas e inyección directa en la
red de Gas Natural, en España
DESARROLLO DE
CATALIZADORES ESPECIFICOS
PARA METANACION DE BIOGAS
CONTROL OPTIMIZADO DEL
PROCESO PARA TRABAJAR
FRENTE A CARGAS VARIABLES
Jornada PTHEPC: Grupo de Trabajo Técnico de Almacenamiento y Distribución de Hidrógeno
EL PROYECTO
OBJETIVO ESPECIFICOS










Jornada PTHEPC: Grupo de Trabajo Técnico de Almacenamiento y Distribución de Hidrógeno
ESTRUCTURA DE PROYECTO
PAQUETES DE TRABAJO
WP3. Desarrollo reactor de metanación
SWP3.1. Desarrollo de
catalizadores
SWP3.2. Diseño y
construcción del
reactor
WP5.Operación en
condiciones reales
WP0.
Gestión del
proyecto,
explotación
de los
resultados y
diseminación
WP2. Integración del proceso de electrolisis con
energías renovables
WP4. Integración y
desarrollo planta piloto
WP1. Especificaciones básicas para el diseño del
proceso
WP6. Escalado y desarrollo de la planta 250 kW: Diseño
conceptual
WP7. Estudio de prospectiva económica e implantación P2G en
España
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ESTRUCTURA DE PROYECTO
CRONOGRAMA
2014
3T
4T
2015
1T
2T
3T
2016
4T
1T
2T
3T
4T
WP0
WP1
WP2
WP3
SWP3.1
SWP3.2
WP4
WP5
WP6
WP7
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DESARROLLO TECNICO
WP 1: Especificaciones básicas de diseño del proceso
OBJETIVO
ACTIVIDADES
Jornada PTHEPC: Grupo de Trabajo Técnico de Almacenamiento y Distribución de Hidrógeno
DESARROLLO TECNICO
WP 1: Especificaciones básicas de diseño del proceso


PROGESOS Y RESULTADOS


Jornada PTHEPC: Grupo de Trabajo Técnico de Almacenamiento y Distribución de Hidrógeno
DESARROLLO TECNICO
WP 2: Integración del proceso de electrolisis con EERR
OBJETIVO
A2.1. DISEÑO E INTEGRACION DEL SISTEMA DE
ELECTROLISIS
 Selección de electrolizador comercial adecuado a los
objetivos del proyecto.
ACTIVIDADES
 Diseño del proceso para la producción del hidrógeno en las
condiciones y forma deseadas para su integración en la
planta P2G.
A2.2. OPTIMIZACION DEL SISTEMA DE ELECTROLISIS
ACOPLADO A EERR
 Estudio de la integración del electrolizador con EERR.
Caracterización del comportamiento.
 Desarrollo de un control optimizado de la producción de
hidrógeno en función de las energías renovables de
manera que maximice la eficiencia
del sistema
minimizando la degradación.
Jornada PTHEPC: Grupo de Trabajo Técnico de Almacenamiento y Distribución de Hidrógeno
DESARROLLO TECNICO
WP 2: Integración del proceso de electrolisis con EERR


PROGESOS Y RESULTADOS
Jornada PTHEPC: Grupo de Trabajo Técnico de Almacenamiento y Distribución de Hidrógeno
DESARROLLO TECNICO
WP 3: Reactor de metanación
OBJETIVOS


WP3.1. DESARROLLO DE CATALIZADORES
ACTIVIDADES
A3.1.1. PREPARACION DE
CATALIZADORES
A3.1.2. CARACTERIZACION
FISICO-QUIMICA
A3.1.2. EVALUACION
CATALITICA. LABORATORIO
A3.1.1. SUMINISTRO
CATALIZADORES
WP3.2. DISEÑO Y CONSTRUCCION DEL REACTOR
A3.2.1. DISEÑO Y CONSTRUCCION DEL
REACTOR DE METANACION
A3.2.2. ENSAYOS Y VALIDACION DEL
REACTOR DE METANACION
A3.2.3. PRUEBAS Y ENSAYOS IN-SITU
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DESARROLLO TECNICO
WP 3: Reactor de metanación

Serie
catalizadores
basados en Ni
Serie
catalizadores
basados en Ru
•Elementos
estabilidad
promotores
de
térmica
actividad
y

0,9
90
0,8
80
0,7
70
Rendimiento CH4(%)
Rendimiento CH4 (%)
PROGESOS Y RESULTADOS
• Control del tamaño y estabilidad
de las partículas metálicas Ru/Ni.
0,6
0,5
0,4
0,3
60
50
40
30
20
0,2
Ni-RENOVAGAS
Ni/Al2O3 comercial
0,1
Ru-RENOVAGAS
10
Ni/Al2O3- comerc
0
0,0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
Tiempo en reacción (h)
20
22
24
26
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
Tiempo en reacción (h)
Jornada PTHEPC: Grupo de Trabajo Técnico de Almacenamiento y Distribución de Hidrógeno
26
DESARROLLO TECNICO
WP 3: Reactor de metanación

PROGESOS Y RESULTADOS

 En función de las especificaciones básicas del proceso se
seleccionara un electrolizador comercial adecuado a los
objetivos del proyecto.

 Diseño del proceso para la producción del hidrógeno en las
condiciones y forma deseadas para su integración en la planta
P2G.

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DESARROLLO TECNICO
WP 4:Integracion y desarrollo de la planta piloto 15 kW
OBJETIVOS
Integración de los procesos principales y desarrollo del balance de planta
(BoP) de la instalación: Construcción de la planta piloto y optimización
estrategias de control
ACTIVIDADES
DESARROLLO TECNICO
WP 4:Integracion y desarrollo de la planta piloto 15 kW
PROGESOS Y RESULTADOS
 Diseño y dimensionamiento de todos los
equipos y subsistemas auxiliares.
 Desarrollo del sistema de instrumentación y
control necesario.
 Modelado (PROMAX) para simulación y
optimización del proceso.
 Comienzo de la construcción de la planta
DESARROLLO TECNICO
WP 5:Operación en condiciones reales
OBJETIVO
Validación de la planta piloto desarrollado en condiciones reales,
acoplado a una instalación de FCC-Aqualia de producción de biogás, y
ensayos en un entorno real.
A5.1. DEMOSTRACION EN CONDICIONES REALES
 Ubicación en una de las plantas de producción de biogás del grupo
FCC-Aqualia. Ensayos en condiciones reales
A5.2. ANALISIS DE LA CALIDAD DEL GAS PRODUCIDO
ACTIVIDADES
 El gas natural debe cumplir con la calidad establecida en el PD-01
“Medición, Calidad y Odorizacion de Gas.
 Análisis en el laboratorio acreditado de Zaragoza de ENAGAS
DESARROLLO TECNICO
WP 5:Operación en condiciones reales
 Diseño del tratamiento de limpieza de
eliminando H2S, siloxanos y condensados.
biogás
previo,
Históricos 2014
MAXIMO
MINIMO
MEDIO
CH4 (%)
71,90
67,00
69,13
2.014
H2S
(g/Nm3)
3,38
0,15
1,16
CH4 (%)
74,00
67,80
71,46
H2S
(g/Nm3)
4,09
0,27
2,00
12
72
10
71
8
70
69
6
68
4
73
12
72
10
71
8
70
69
6
68
4
67
67
EDAR FCC-AQUALIA
65
0
10
20
30
40
50
JEREZ
DE
LA
FRONTERA
Semana Año
14
74
% CH4 en biogás
73
2.013
2014
75
14
2
66
0
60
2
66
65
0
0
10
20
30
Semana Año
40
50
60
g H2S/Nm3
2013
74
g H2S/Nm3
75
% CH4 en biogás
PROGESOS Y RESULTADOS
 Selección ubicación y estudio de la composición de biogás
DESARROLLO TECNICO
WP 6:Escalado y desarrollo conceptual de la planta 250 kW
OBJETIVO
Escalado e Ingeniería de detalle de una planta de “Power-to-Gas” de una
potencia de 250 kW a partir del prototipo de 15 kW desarrollado
previamente
A6.1. DISEÑO
Y ESCALADO
CONCEPTUAL
DE LA PLANTA
DE 250de
kW250 kW
 Actividad
6.1: Diseño
y escalado
conceptual
de la planta

Planteamiento de los esquemas principales y de la configuración general del sistema.

Identificación de los bloques y equipos principales.

Realización de primer dimensionamiento de las corrientes y consumos de los mismos.
ACTIVIDADES
 Actividad A6.2.
6.2: Ingeniería
INGENIERIAbásica
BÁSICAde
DE la
LAplanta
PLANTAde
DE250
250 kW
kW

Revisión de la Ingeniería conceptual.

Diseño básico del electrolizador y de la etapa de metanización.

Diseño de instalaciones auxiliares.
A6.3.
 Actividad
6.3:INGENIERIA
IngenieríaDEdeDETALLE
detalleDEdeLAlaPLANTA
plantaDE
de250
250kWkW

En esta fase se finalizará el diseño del sistema, obteniendo como resultado la información necesaria para la construcción
del prototipo (planos, esquemas eléctricos, etc…).
DESARROLLO TECNICO
WP 7:Prospectiva económica e implantación en España
OBJETIVO
Estudio de detalle de todos los actores necesarios o factores influyentes
para el futuro desarrollo y posterior implantación de la tecnología P2G
en España
A7.1. ANALISIS DEL POTENCIAL P2G EN ESPAÑA
A7.2. ANALISIS DE VIABILIDAD ECONOMICA
ACTIVIDADES
Proceso de Generación de Gas Natural
Renovable
GRACIAS POR SU ATENCION!
Mónica Sánchez
[email protected]
Responsable Unidad de Desarrollo y Validación de Sistemas.
Centro Nacional del Hidrógeno (CNH2)
www.cnh2.es
Proyecto Renovagas, con número de expediente RTC-2014-2675-3 financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad