Propulsión eléctrica marina con cero emisiones mediante el empleo de una pila de combustible de hidrógeno tipo PEM (membrana de intercambio de protones)

Abstract

En la presente tesis doctoral, se realizó la integración de un sistema de generación de energía híbrido, para la propulsión y alimentación de los sistemas auxiliares en una embarcación, denominada ¿Barco 00¿, que puede ser propulsada por un motor diesel o por un motor eléctrico, y a la cual se le ha incorporado una pila de combustible con tecnología de hidrógeno de baja temperatura PEM (membrana polimérica de intercambio de protones), que junto con dos paneles fotovoltaicos y un alternador acoplado al motor diesel, generan la energía eléctrica necesaria para la propulsión eléctrica y la alimentación de los equipos auxiliares de la embarcación. Para llegar a esto, en un primer momento, se realizo un estudio del tipo de pila de combustible más adecuado para esta aplicación. Una vez definido el tipo de pila de combustible a emplear, se diseño y construyo en el laboratorio un banco de pruebas, que se asemejase lo más posible a una línea de propulsión de una embarcación real, incluyendo un pequeño deposito con agua para reproducir los esfuerzos y las resistencias a los que se encuentra sometida la hélice de una embarcación durante la navegación. En este banco de pruebas, se realizaron tres bloques de ensayos, que nos permitieron obtener las curvas características de la pila y comparar los resultados, con los facilitados por el fabricante y los obtenidos con el software de la propia pila, a la vez que se estudio la duración y las características de las distintas fases de funcionamiento de la pila y se establecieron los protocolos de parada y arranque de la misma. En una segunda parte de la tesis, se utilizó de una embarcación, sobre la que se planificaron y ejecutaron las modificaciones necesarias para la integración del sistema de propulsión híbrida diesel-eléctrica, a la vez que se construyó y ensayó un sistema de gestión de potencia, que controla de forma centralizada en un panel de mando, los flujos de energía entre los sistemas eléctricos de generación, almacenamiento y consumo de energía eléctrica integrados en la embarcación. Finalmente, una vez se integró y optimizó el funcionamiento de todo el sistema en la embarcación, se realizó el transporte y puesta a flote de la misma, así como las pruebas de navegación con el sistema completo de propulsión, estableciendo la viabilidad del proyecto In the current doctoral thesis the integration of an hybrid- energy generation system for the propulsion and supply of the auxiliary system in vessel called ¿ 00 ship¿ has been carried out. It can be powered by a diesel engine or by an electrical engine in which a fuel hydrogen technology with a low temperature PEM (a protons exchange polymeric membrane ) has been applied. This, together with two photovoltaic panels and an alternator attached to the diesel engine, generate the necessary electricity for the propulsion an supply of the auxiliary equipments of the ship. To get to this point, firs of all, a study of the most convenient fuel battery system to be used for this application, was performed. Once the kind of combustion battery to be used was established. A test rig was designed and built in the laboratory, that was the most similar to a propulsion line of a real ship/vessel. It included a small water tank to reproduce the strength /work and resistance to which the helix of the ship is undergone along the navigation period. In this test rig, three different tests were achieved/accomplished . With those tests we were able to obtain the characteristic map/ line of the battery, and compare the results with the ones the we were provided the manufacturer and the ones obtain with the software of the battery. At the same time the duration and characteristics of the different periods of the battery functioning, and the procedures for starting and stopping it, were determined. On the second part of the thesis, a ship was used to plan and perform the necessary modifications for the integration of hybrid-electrical-diesel propulsion system . At the same time a power management system was built and tested. This system controls the energy flows among the electrical systems of production, storage and consumption of power, integrated in the ship. Finally, once the functioning of the system in the ship was integrated an optimized, The vessel was transported and put afloat, at the same time, the navigation tests with the complete propulsion system, established the viability of the project.