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Estudio termoeconómico de centrales térmicas basadas en células de combustible de carbón

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Publication date
2016-09
Defense date
2016-10-03
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Cercs, Barcelona, España
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El objetivo de este este Proyecto de Fin de Grado es estudiar desde un punto de vista térmico, medioambiental y económico la viabilidad de una planta térmica basada en pilas de combustible alimentadas por carbón sólido. Para dicho estudio se tratará la tecnología de las pilas de combustible en su estado actual de desarrollo. En concreto, las pilas de combustible alimentadas por carbón se encuentran todavía en la fase de desarrollo e investigación, y es necesario invertir mayor capital en su sector para poder aprovechar todo su potencial. La central térmica estudiada será lo más similar posible a una central convencional alimentada por carbón que estuvo en funcionamiento hasta hace pocos años en Cercs, Barcelona, con una capacidad de diseño de 162 MW. Sobre esa central se explicarán las modificaciones que sería necesario realizar para adaptarla a la tecnología de las pilas de combustible, que de manera simplificada consiste en sustituir la caldera por una isla de pilas de combustible de carbonatos fundidos para así generar electricidad por cogeneración tanto a través de la pila como mediante el aprovechamiento del calor de los gases de escape con una turbina de vapor. A continuación se realiza una comparación entre la central convencional y la central teórica que funcionaría con esta tecnología innovadora que suponen las pilas de combustible de carbón, teniendo en cuenta que ambas centrales trabajan en igualdad de condiciones (mismo combustible, misma potencia de diseño, etc). Finalmente, habiendo estudiado las ventajas y desventajas de la central teórica, se extraen conclusiones sobre la viabilidad de llevar a la práctica una central de este tipo en la actualidad y se desarrollan los puntos críticos que deben solventarse para conseguirlo.
The objective of this project is to study the viability of a termal plant based on direct carbon fuel cells fed by solid coal, from the thermal, environmental and economic point of view. In order to perform said study, fuel cells’ technology will be treated in its current state of development. Especifically, direct carbón fuel cells fed by coal are still under development and investigation, and it is necessary to invest more capital in this sector to be able to take advantage of their full potential. The termal plant studied will be as similar as posible to a conventional termal plant that worked until recent years in Cercs, Barcelona, with a designed power output equal to 162 MW. Upon said plant the required modifications to adapt it to the fuel cell technology shall be explained, which in a simplified description consist in the substitution of the heater for an island of molten carbonate fuel cells in order to produce electricity via cogeneration both through the cell and from the residual heat contained in the escape gases with a steam turbine. Then, a comparison between the convenctional plant and the theoretical, fuel cell based plant will be performed, having into account that both plants work under the same conditions (same fuel, same designed power output, etc). Finally, having studied the theoretical plant’s advantages and disadvantages, it is discussed whether it is possible or not to bring such a termal plant to reality nowadays and the critical points that would need to be solved to achieve it are mentioned.
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Keywords
Pilas de combustible, Electroquímica, Energías renovables, Electricidad por cogeneración
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