Centro tecnológico Cartif

Modelado, diagnóstico y control tolerante a fallos en electrolizadores PEM

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• REFERENCIA: DPI2007-63501
• ACRONIMO: MODIAGHY
• TITULO: Modelado, Diagnóstico y Control Tolerante a Fallos en Electrolizadores PEM
• INVESTIGADOR PRINCIPAL: José Ramón Perán González
• ORGANISMO: Asoc. CARTIF-UVA
• CENTRO: Asoc. CARTIF-UVA
• DIRECCION: Parque Tecnológico de Boecillo, parc. 205 (47151 Valladolid)
• TELEFONO: 983 546504
• CORREO E.: This e-mail address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it
• PAGINA WEB DEL PROYECTO:
• PALABRAS CLAVE: Electrolizador, Modelado, Diagnóstico, Control Tolerante, Energías Renovables
• ORGANISMO: Ministerio de Educación y Ciencia
• FECHA INICIO: 1/10/2007
• DURACION: 36 meses

Antecedentes

Uno de los problemas a los que se enfrentan actualmente los sistemas de generación eléctrica basados en energías renovables es la discontinuidad de la producción o la dificultad para responder a una consigna de demanda. Se hace por tanto necesario disponer de mecanismos eficaces de almacenamiento de la energía producida para que pueda ser servida bajo demanda o mecanismos de aprovechamiento de las energías renovables a parte de su conexión a la red eléctrica. La generación de hidrógeno mediante electrolizadores cumple con ambos objetivos, ya que el hidrógeno se puede utilizar tanto para almacenamiento de energía en los propios parques como para su distribución y posterior utilización en aplicaciones distribuidas (uso doméstico, transporte...)

El electrolizador es el dispositivo encargado de la producción de hidrógeno mediante la descomposición del agua en el proceso de electrólisis. Esta descomposición tiene lugar en dos reacciones parciales en los electrodos del sistema, separados por un electrolito que es capaz de conducir iones. En el electrodo negativo o cátodo se produce hidrógeno y en el positivo o ánodo se libera oxígeno.

Disponer de modelos matemáticos del electrolizador permite interpretar el proceso ocurrido en el interior de las celdas. Esto permite la optimización de materiales, celdas, pilas de combustible, sistemas de control y sistemas adicionales, debido a que la complejidad en el comportamiento de las pilas de combustible dificulta mucho el caracterizar los procesos internos de forma experimental.

Algunos de los usos más importantes de los modelos que se han desarrollado para las pilas de combustible son:

• Ayudan a entender los procesos físicos y químicos relacionados con las pilas de combustible. Los modelos pueden ayudar a entender los procesos críticos en las celdas debido a que la caracterización a veces resulta difícil debido a limitaciones en el acceso a equipamiento y la dificultad en controlar variables de forma separada.
• Para centrar los esfuerzos de desarrollo. Los modelos matemáticos pueden ser utilizados para los experimentos y mejorar la interpolación y extrapolación de los datos.
• Para el diseño y optimización de sistemas. Los sistemas de pila de combustible tienen tantas operaciones unitarias y componentes que los modelos son críticos para un diseño efectivo del sistema.
• Para comprobar o crear los algoritmos de control. Debido a la complejidad en el comportamiento de los sistemas de pilas de combustible, un buen punto de partida en el diseño de los algoritmos de control del sistema es a partir de un modelo.
  
• Para la evaluación de la viabilidad técnica y económica de las pilas de combustible en sus aplicaciones. Los modelos pueden ser utilizados para determinar si las características de la pila de combustible se corresponden con los requerimientos de la aplicación y si resulta económicamente viable.

Objetivos

• Obtener un modelo del electrolizador que facilite el diseño del diagnóstico y el estudio del comportamiento ante fallos. También podrá ser utilizado para validar nuevos controles.
• Obtener un sistema de diagnóstico basado en el modelo del electrolizador que permita el mantenimiento predictivo del sistema y consecuentemente aumentar su fiablidad
• Definir algoritmos de control tolerante a fallos del electrolizador para los posibles fallos del equipo, en el suministro o sistema de almacenamiento.
• Validar los métodos desarrollados en un electrolizador tipo PEM de 2 kW.