Sistemas de almacenamiento de energía

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Sistemas de almacenamiento

de energía

Hector Beltran San Segundo

f2e

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Contenido:

• ¿Se puede almacenar la electricidad?

• Tipos de almacenamiento

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¿Se puede almacenar la electricidad?

En esencia, la electricidad (o energía eléctrica) no se puede acumular como

tal ya que puede ser definida como electrones en movimiento.

Pero sí puede ser transformada en otras formas de energía, alguna de las

cuales ya presentan tecnologías capaces de almacenarlas.

Las principales transformaciones que se practican a la electricidad para

poder acumularla son: en energía mecánica (potencial o cinética), en energía

electromagnética, en energía química o electroquímica, y energía térmica

(frío o calor).

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Tipos de almacenamiento

Clasificación

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Tipos de almacenamiento

Sistemas Mecánicos

Pumped-Hydro Energy

Storage (PHES)

Compressed Air Energy

Storage (CAES)

Flywheel Energy Storage

Systems (FESS)

2

·

2

1 _

I

E



)

·(

· g

h

1 h

2 m

E





E



100 ln

(P

1 /P

2 )

kJ/m³ of gas

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Tipos de almacenamiento

Sistemas Mecánicos

Las vagonetas empieza a producir electricidad conforme la gravedad hace

descender sus 230 toneladas de cemento y de rocas. ARES NORTH AMERICA

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Tipos de almacenamiento

Sistemas Electromagnéticos

Superconducting Magnetic

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Tipos de almacenamiento

Sistemas Electroquímicos

Baterías (BESS)

Lead Acid – Plomo ácido

Nickel Cadmium y Nickel Metal Hydride

Lithium Ion – Iones de litio

Selladas y con ventilación

Sodium Sulfur &

Zebra Batteries

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Tipos de almacenamiento

Sistemas Electroquímicos

De flujo

Metal Aire – con electrodo poroso

• vanadium redox flow batteries (VR)

• zinc bromine flow batteries (ZnBr)

• polysulfide bromide flow batteries (PSB)

• cerium zinc flow batteries (CeZn)

Metal Electroc h. Equivale nt Ah/g Theoretic al voltage versus O₂ Theoretical specific energy kWh/kg Actual operating voltage V Li 3.86 3.40 11.14 2.4-3.1 Zn 0.82 1.65 1.35 1.0-1.2 Al 2.98 2.70 8.10 1.1-1.4 Ca 1.34 3.40 4.18 2.0 Mg 2.20 3.10 6.46 1.2-1.4 Fe 0.96 1.30 1.20 1.0

Baterías (BESS)

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Tipos de almacenamiento

Sistemas Electroquímicos

Pilas de combustible y tecnología del hidrógeno

Tipo de

plia

Electrolito

Catalizador

Combustible

Eff.

(%)

Temp de

operac.(

°C)

Rango de

Pot. (kW)

PEMFC

Solid organic

polymer

Platinum

H

2

45 60 to 100

50-250

AFC

Potassium

Hydroxide

Platinum/

Palladium

Platinum/Gold

H

₂

70 80 to 100

0.3-12

PAFC

Phosphoric Acid

Platinum

H

₂

40 150-200

200 MCFC

Potassium,

Sodium or

Lithium

Carbonate

Mostly Nickel

H

₂

/CO

₂

60 600-1000

10-2000

SOFC

Solid Zirconium

Oxide

Variety of nonprecious

metals

H

2

60 600-1000

1000

• Producción del hidrógeno (electrolizadores)

• Almacenamiento del hidrógeno (líquido,

comprimido, por reacción química)

• Consumo del hidrógeno (motores de

hidrógeno o en pilas de combustible)

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Tipos de almacenamiento

Sistemas Térmicos

Sistemas de sales fundidas asociados a plantas termosolares (TEES)

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Tipos de almacenamiento

Resumen y comparativa

ES technology Power capacity Energy capacity Response time Efficiency

(%) Lifetime State of development Pumped Hydro 30MW –

4000MW 500 – 8000MWh Sec. to min. 70 – 85 Even 50 years Commercial

Compressed Air 50MW –

300MW 500 – 2600MWh Sec. to min. 64 – 75 Even 40 years

Commercial/prototypes for vessels

Flywheel Up to 2MW Up to 15 min Milliseconds 90 20 years _{Depends on spin speed}Commercial/prototypes

Superconducting

Magnetic 0.01 – 10MW Up to 30 min Immediately 95 30 years

Commercial/research Depends on range

Ultracapacitors Up to 1MW Up to 1 min Immediately 85 – 98 10 years Commercial

Lead Acid

Battery 0.001 – 40MW Up to 40MWh Milliseconds 75 – 85 1000 cycles Commercial Nickel Cadmium Battery 0.001 – 40MW Up to 10MWh Milliseconds 60 – 70 1000 – 3500 cycles 10 – 15 years Commercial Sodium Sulfur Battery 0.05 – 50MW Several 100MWh Few seconds 75 – 89 2500 cycles Up to 15 years Commercial Lithium Ion

Battery 0.001 – 0.5MW Several MWh Milliseconds 90 – 95 20000 cycles

Commercial/under development

Vanadium Redox

Flow Battery 0.05 – 3MWs Several MWh Milliseconds 70 – 85

10000 cycles, 7 – 10 years

Improved prototypes in test/ Commercial

ZnBr

Flow Battery Up to 1MW Less than 4h Milliseconds 75 2000 cycles

PSB

Flow Battery Up to 15MW Less than 20h Milliseconds 60 – 75 2000 cycles

Improved prototypes in test/ Commercial Air-metal Batteries Limited to the moment Limited only by

anode’s life Milliseconds 60-70 50 cycles

Under primary research and development

Fuel Cells Up to 250kW Rechargeable

with H₂ Milliseconds 35 – 45 10 to 20 years

Thermoelectric

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¿Por qué ahora?

• Evolución de tres grandes industrias y su influencia en la operación del

sistema eléctrico:

o

Electrónica doméstica.

o

Vehículo eléctrico.

o

Penetración de renovables.

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¿Por qué ahora?

Precio paneles silicio cristalino y baterías de iones de litio caen un 24% y un 21%

respectivamente cada vez que se duplica su nivel de producción.

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¿Por qué ahora?

• Se esperan caídas de precios del 50%, 40% y 25% para baterías de iones de litio,

de flujo, y de plomo ácido, respectivamente, en los próximos 5 años (según un

informe de la consultora financiera Lazard):

https://www.lazard.com/businesses/financial-advisory/

.

• El precio estimado de una instalación fotovoltaica de gran tamaño con baterías y

capacidad de cuatro horas de almacenamiento ronda ya los $10 cent/kWh (según

un informe de ACWA Power,

http://acwapower.com/

)

• Caída de los precios del petróleo está llevando a varias empresas petroleras a

buscar nichos de mercado en los que diversificar su negocio. En las últimas

semanas tenemos compras de pequeñas start-ups por parte de Total, Exxon, o

Statoil.

• Aparición de un ente normalizador (Modular Energy Storage Architecture, MESA,

Standard Alliance) como agente que busca estándares comunes en el sector.

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