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Viabilidad ambiental, financiera y energética de la electrólisis de vapor de agua …

Viabilidad ambiental, financiera y energética  de la electrólisis de vapor de agua de enfriamiento del reactor nuclear de IV generación en tiempos de bajo consumo de energía eléctrica: retos y perspectivas

Resumen

Nuestra civilización está en un punto de inflexión. Las decisiones que tomamos en este tiempo dará lugar a cambios drásticos en el clima del planeta o a modelos más limpios y sostenibles de generación de energía. En algún momento de la evolución de nuestra sociedad, estuvimos a favor de la productividad en detrimento del uso racional de los recursos del planeta. Esta opción nos ha llevado a una situación en la que estos recursos están seriamente comprometidos. Nuevos modelos de generación y uso de energía deben ser debatidos y adoptados con el fin de revertir este proceso. El consumo de electricidad no es constante en el tiempo y tiene que ser generada en el momento de su consumo. Hay momentos de gran inactividad en el sistema de generación de energía eléctrica, contrapesados por momentos de alta demanda. Esta característica llevó a la construcción de un modelo de grande capacidad de generación que está inactivo la mayor parte del tiempo, produciendo impactos financieros y ambientales gigantescos. En este artículo, será discutida la viabilidad ambiental, financiera y energética de la utilización de la capacidad ociosa del sistema eléctrico para, por medio de la electrólisis de vapor de agua, produccir de hidrógeno que se convertiría en electricidad en los momentos pico por una celda de combustible. En este estudio, vamos a investigar la posibilidad de asociar una SOEC (Solid Oxide Electrolysis Cell) – Celda de Combustíble de Óxido Sólido actuando como un tanque de electrólisis – a un reactor de cuarta generación (GEN IV); para producir hidrógeno a partir del vapor de  agua sobrecalentado en la refrigeración del reactor, que será reconvertido en electricidad a través de SOFC (Solid Oxide Fuel Cell), en las horas pico. El método utilizado en esta investigación fue estudiar la variación de carga eléctrica que se consume en un día seleccionado aleatoriamente, en función de la hora del día, lanzar una curva en un diagrama ‘Demanda x Hora del día’, establecer los momentos pico, valle y el consumo medio y, a partir de estos datos, geometricamente, predecir la viabilidad del uso del potencial energético de los momentos en que la curva está por debajo del promedio para compensar el sistema en los momentos que la curva está por encima del promedio, aproximándose a un umbral. Con estos datos, es posible establecer a qué nivel el umbral se estabilizará cuando las pérdidas de energía que surgen de las conversiones sean integradas al estudio. En conclusión, se observó que esta opción sería factible en un universo en el que la segunda ley de la termodinámica no actuara con vigor. Las conversiones sin fin entre energías dibujaron el nivel del umbral muy cerca al pico de la curva original, inviabilizando su adopción desde el punto de vista energético. Sin embargo, el hidrógeno es un insumo de valor agregado mayor que la electricidad. Se encontró que el uso de la tecnología de celdas de combustible de óxido sólido operando como tanque de electrólisis  (SOEC) asociada a un reactor nuclear es muy prometedora para la producción de este importante vector de energía a ser destinado a otras aplicaciones móviles o portátiles.

 

Environmental, financial and energy feasibility of the electrolysis of the water steam of a generation IV reactor cooling system during the moments of low consumption of electrical energy: challenges and perspectives

Abstract

Our civilization is in an inflection moment. Our current decisions will lead us to drastic changes in the planet climate or to cleaner and more sustainable energy generation models. In a certain moment in the evolution of our society, we have privileged the productivity instead of the reasonable use of the planet’s resources. This option has been leading us to a situation in which these resources are seriously jeopardized. New models of energy generation and use should be discussed and adopted in order to reverse this process. The electric-power consumption is not constant through time and it must be generated at the moment it is going to be used. There are moments of great idleness in the electric-power generation system, counterbalanced by high demand moments. This characteristic has induced us to the construction of a model of great generation capacity that remains without use most of the time, producing huge financial and environmental impacts. In this article, we discuss the environmental, financial and energy viability of using the idle capacity of the electric-power system to, through water steam electrolysis, produce hydrogen, which would be reconverted into electric power in peak moments by a fuel cell. In this study, we aim at investigating the viability of associating a SOFC (Solid Oxide Fuel Cell), acting as an electrolysis bow, to a generation IV reactor, in order to produce hydrogen from superheated water steam in the cooling of the reactor, which will be converted into electric power via SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) in peak moments. The method used in this investigation was to study the electric charge variation consumed in a day, randomly selected in relation to the hour of the day, to launch a curve into a diagram ‘Demand x hour of the day’, to establish the peak moments, the minimum moments, and the average consumption, and, based on these data and geometrically, predict the viability of using the energetic potential of the moments in which the curve is below the average straight line to compensate the system in the moments in which the curve is above the average, putting it closer to a certain baseline. With these data, we aim at finding out in which level the baseline will stabilize when the energetic losses resulting from the conversions are integrated to the study. As partial conclusion, we have observed that this option would be viable in a universe in which the Second Law of Thermodynamics would not be valid. The never ending of the conversions between energies took the baseline line very close to the maximum point of the original curve, making its adoption, in the energetic point of view, not viable. However, the hydrogen is an input of greater added value than the electric power. As conclusion, we have observed that the technology of using the Solid Oxide Fuel Cell (SOFC), operating as an electrolysis bow associated to a nuclear reactor, shows itself as promising to the production of this important energetic vector that can be addressed to other movable or portable applications.


Leer el artículo:
“Viabilidad ambiental, financiera y energética de la electrólisis del vapor de agua de un sistema de refrigeración del reactor IV generación durante los momentos de bajo consumo de energía eléctrica: retos y perspectivas”

Eduardo Stefanelli

Engenheiro por profissão, professor por vocação