Dispositivos modernos de almacenamiento de energía, los tipos más comunes de almacenamiento de energía.
Dispositivos de almacenamiento de energía son sistemas que almacenan energía en diversas formas, como electroquímica, cinética, potencial, electromagnética, química y térmica, utilizando por ejemplo pilas de combustible, baterías, condensadores, volantes, aire comprimido, acumuladores hidráulicos, superimanes, hidrógeno, etc. .
Los dispositivos de almacenamiento de energía son un recurso importante y, a menudo, se utilizan para proporcionar energía ininterrumpida o para respaldar el sistema de energía durante períodos de inestabilidad a muy corto plazo. También juegan un papel importante en los sistemas de energía renovable independientes.
Los criterios principales para los dispositivos de almacenamiento de energía requeridos para una aplicación específica son:
- la cantidad de energía en términos de energía específica (en Wh · kg -1) y densidad de energía (en Wh · kg -1 o Wh · l -1);
- energía eléctrica, es decir, carga eléctrica requerida;
- volumen y masa;
- fiabilidad;
- durabilidad;
- seguridad;
- precio;
- reciclable;
- impacto en el medio ambiente.
Al elegir dispositivos de almacenamiento de energía, se deben considerar las siguientes características:
- poder específico;
- capacidad de almacenamiento;
- energía específica;
- tiempo de reacción;
- eficiencia;
- tasa de autodescarga/ciclos de carga;
- sensibilidad al calor;
- vida de carga-descarga;
- impacto en el medio ambiente;
- costos de capital/operación;
- servicio.
Los dispositivos de almacenamiento de energía eléctrica son parte integral de los dispositivos de telecomunicaciones (teléfonos móviles, teléfonos, walkie-talkies, etc.), los sistemas de energía de respaldo y los vehículos eléctricos híbridos en forma de componentes de almacenamiento (baterías, supercondensadores y pilas de combustible).
Los dispositivos de almacenamiento de energía, ya sean eléctricos o térmicos, se reconocen como tecnologías centrales de energía limpia.
El almacenamiento de energía a largo plazo tiene un gran potencial para un mundo donde la energía eólica y solar dominan la adición de nuevas plantas de energía y reemplazan gradualmente otras fuentes de electricidad.
La energía eólica y solar solo producen en ciertos momentos, por lo que necesitan tecnología adicional para ayudar a llenar los vacíos.
En un mundo donde la proporción de generación de electricidad intermitente, estacional e impredecible está aumentando y el riesgo de desincronización con el consumo está aumentando, el almacenamiento hace que el sistema sea más flexible al absorber todas las diferencias de fase entre la producción y el consumo de energía.
Los acumuladores sirven principalmente como amortiguador y permiten una gestión e integración más sencilla de las fuentes de energía renovable tanto en la red como en los edificios, ofreciendo cierta autonomía en ausencia de viento y sol.
En los sistemas generadores, pueden ahorrar combustible y ayudar a evitar las ineficiencias del generador sirviendo la carga durante los períodos de baja demanda de energía cuando el generador es menos eficiente.
Al amortiguar las fluctuaciones en la generación renovable, el almacenamiento de energía también puede reducir la frecuencia de las puestas en marcha del generador.
En sistemas eólicos y diésel con alta potencia de penetración (donde la potencia eólica instalada excede la carga promedio), incluso una cantidad muy pequeña de almacenamiento reduce drásticamente la frecuencia de puesta en marcha del diésel.
Los tipos más comunes de dispositivos de almacenamiento de energía industrial:
Dispositivos industriales de almacenamiento de energía
Dispositivos de almacenamiento de energía electroquímica
Las baterías, especialmente las baterías de plomo-ácido, siguen siendo el dispositivo de almacenamiento de energía predominante.
Muchos tipos de baterías de la competencia (níquel-cadmio, hidruro de níquel-metal, iones de litio, azufre de sodio, metal-aire, baterías de flujo continuo) superan a las baterías de plomo-ácido en uno o más aspectos del rendimiento, como la vida útil, la eficiencia y la densidad de energía. , tasa de carga y descarga, rendimiento en climas fríos o mantenimiento requerido.
Sin embargo, en la mayoría de los casos, su bajo costo por kilovatio-hora de capacidad hace que las baterías de plomo-ácido sean la mejor opción.
Las alternativas como los volantes, los ultracondensadores o el almacenamiento de hidrógeno pueden tener éxito comercial en el futuro, pero son poco frecuentes en la actualidad.
Las baterías de iones de litio (Li-ion) son ahora una fuente de energía moderna para todos los dispositivos electrónicos de consumo modernos. La densidad de energía volumétrica de las baterías prismáticas de iones de litio para dispositivos electrónicos portátiles se ha duplicado hasta tres veces en los últimos 15 años.
A medida que surgen varias aplicaciones nuevas para las baterías de iones de litio, como los vehículos eléctricos y los sistemas de almacenamiento de energía, los requisitos de diseño y rendimiento de las celdas cambian constantemente y presentan desafíos únicos para los fabricantes de baterías tradicionales.
Por lo tanto, la gran demanda de un funcionamiento seguro y confiable de las baterías de iones de litio de alta densidad de potencia y alta energía se vuelve inevitable.
Aplicación de dispositivos de almacenamiento de energía electroquímica en la industria energética:
Plantas de acumuladores, el uso de baterías para almacenar energía eléctrica.
Supercondensadores electroquímicos
Los supercondensadores son dispositivos de almacenamiento de energía electroquímica que pueden cargarse o descargarse por completo en segundos.
Con su mayor densidad de potencia, menores costos de mantenimiento, amplio rango de temperatura y ciclo de trabajo más largo en comparación con las baterías secundarias, los supercondensadores han recibido una importante atención de investigación en la última década.
También tienen una mayor densidad de energía que los condensadores dieléctricos eléctricos convencionales.La capacidad de almacenamiento de un supercondensador depende de la separación electrostática entre los iones electrolíticos y los electrodos de gran superficie.
La menor energía específica de los supercondensadores en comparación con las baterías de iones de litio es un obstáculo para su uso generalizado.
Es necesario mejorar el rendimiento de los supercondensadores para satisfacer las necesidades de los sistemas futuros, desde dispositivos electrónicos portátiles hasta vehículos eléctricos y grandes equipos industriales.
Supercondensadores en detalle:
Ionistas (supercondensadores): dispositivo, aplicación práctica, ventajas y desventajas
Almacenamiento de energía de aire comprimido
El almacenamiento de energía con aire comprimido es una forma de almacenar energía producida en un momento para usarla en otro momento. A escala de servicios públicos, la energía generada durante los períodos de baja demanda de energía (fuera de las horas pico) se puede liberar para satisfacer los períodos de alta demanda (carga máxima).
El almacenamiento isotérmico de aire comprimido (CAES) es una nueva tecnología que intenta superar algunas de las limitaciones de los sistemas tradicionales (diabáticos o adiabáticos).
Almacenamiento de energía criogénica
Gran Bretaña planea construir 250 MWh de almacenamiento de aire licuado. Se combinará con un parque de energías renovables y compensará sus interrupciones.
La puesta en marcha está prevista para 2022. Las unidades de almacenamiento de energía criogénica trabajarán en conjunto con el Trafford Energy Park cerca de Manchester, donde parte de la producción de electricidad proviene de paneles fotovoltaicos y turbinas eólicas.
Esta instalación de almacenamiento compensará las interrupciones en el uso de estas fuentes de energía renovable.
El principio de funcionamiento de esta instalación se basará en dos ciclos de cambio de aire acondicionado.
Se utilizará energía eléctrica para aspirar aire y luego enfriarlo a temperaturas muy bajas (-196 grados) hasta que se vuelva líquido. Luego se almacenará en grandes tanques aislados de baja presión especialmente adaptados para este uso.
El segundo ciclo tendrá lugar cuando haya necesidad de energía eléctrica. El líquido criogénico es calentado por un intercambiador de calor para continuar con la vaporización y devolverlo a un estado gaseoso.
La evaporación del líquido criogénico hace que el volumen de gas se expanda, lo que impulsa las turbinas que generan electricidad.
Dispositivos de almacenamiento de energía cinética
Un volante es un dispositivo mecánico giratorio que se utiliza para almacenar energía de rotación. El volante puede capturar energía de fuentes de energía intermitentes a lo largo del tiempo y proporcionar un suministro continuo de energía eléctrica a la red.
Los sistemas de almacenamiento de energía de volante utilizan energía eléctrica de entrada que se almacena como energía cinética.
Aunque la física de los sistemas mecánicos suele ser bastante simple (como girar un volante o levantar pesas), las tecnologías que permiten que estas fuerzas se utilicen de manera eficaz y eficiente son particularmente avanzadas.
Materiales de alta tecnología, los últimos sistemas de control por computadora y un diseño innovador hacen que estos sistemas sean adecuados para aplicaciones reales.
Los sistemas SAI para almacenamiento cinético comercial constan de tres subsistemas:
- dispositivos de almacenamiento de energía, generalmente un volante;
- dispositivos de distribución;
- un generador separado que se puede iniciar para proporcionar energía tolerante a fallas sobre la capacidad de almacenamiento de energía.
El volante se puede integrar con un generador de respaldo, lo que mejora la confiabilidad al conectar directamente los sistemas mecánicos.
Más sobre estos dispositivos:
Dispositivos de almacenamiento de energía cinética para la industria energética
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Almacenamiento de energía magnética superconductora de alta temperatura (SMES) para redes eléctricas:
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