Perspectivas de la difusión de las baterías de iones de litio para el almacenamiento en red
Como consumidor de energía, su expectativa general es que las luces se enciendan cada vez que pulse un interruptor. Cuando conectas un aparato en cualquier enchufe de tu casa, esperas que la energía fluya inmediatamente. Eso si has pagado tus facturas a tiempo, por supuesto.
Es posible que usted base sus expectativas en su confianza en la red eléctrica regional, que funciona bajo la premisa de que la red tiene un suministro interminable de energía. Sin embargo, la verdad es mucho más intrincada. Este artículo se centra en el funcionamiento de la red eléctrica y en el papel que desempeñan las baterías de iones de litio.
La Red: ¿Qué es y cómo funciona?
La electricidad que utiliza en su casa o lugar de trabajo le llega a través de una compleja red de líneas de transmisión de energía. Estas líneas de transmisión de energía y sus componentes eléctricos conforman colectivamente la red eléctrica.
La red está diseñada para suministrar energía sin problemas siempre que se necesite. Sin embargo, la distribución de electricidad es mucho más complicada que pulsar un interruptor. La red te conecta con una gran variedad de productores de energía eléctrica de distintos lugares. Estas centrales también generan electricidad a partir de una amplia gama de fuentes, como los combustibles fósiles, la energía solar, la eólica y la hidroeléctrica, entre otras. La red se basa en varias soluciones tecnológicas para hacer su trabajo con eficacia.
La red: La gestión de la demanda y el suministro de electricidad
La electricidad presenta la fachada de que siempre está disponible en las tomas de corriente a la espera de ser utilizada, ya que, cuando se acciona el interruptor, la red entrega la energía inmediatamente. Sin embargo, la producción y el consumo de electricidad varían a lo largo de un ciclo de 24 horas.
Sus operadores de red ajustan continuamente los sistemas de energía para equilibrar las diferentes ofertas y demandas de electricidad. Durante el día, la mayor parte de la energía en los centros urbanos se consume en oficinas y fábricas cuando la gente va a trabajar. Sin embargo, por la noche, la mayor parte de la demanda de electricidad se produce en las zonas residenciales para alimentar e iluminar los hogares.
Lacreciente popularidad de las energías renovables se ha sumado a la dinámica a la que se enfrentan los operadores de la red. La producción de energía de la mayoría de las centrales de energías renovables varía según la disponibilidad del recurso, lo que es evidente en los casos de la energía eólica y la solar. La energía eólica sólo está disponible cuando hace viento y la solar cuando hace sol. Por ello, los operadores de la red tienen que gestionar también su suministro de electricidad para mejorar la fiabilidad.
Varios países de Europa y otras partes del mundo han dado prioridad al suministro de energía renov able. En estos casos, la electricidad generada a partir de recursos renovables debe comprarse inmediatamente. Sin embargo, las centrales de energía renovable suelen producir más energía de la que necesita la red. Los operadores de la red pueden apagar los combustibles fósiles y las centrales térmicas para conservar el combustible cuando la demanda de electricidad es baja. Sin embargo, no pueden apagar el sol o el viento. Este exceso de suministro de electricidad es la razón del desarrollo de los sistemas de almacenamiento de energía en la red.
Comprender el almacenamiento de energía en la red
El almacenamiento de energía en la red también se conoce como almacenamiento de energía a gran escala. Por definición, la referencia al almacenamiento del exceso de electricidad es una paradoja porque la electricidad en sí no puede almacenarse1. Sin embargo, se puede convertir en otras formas de energía que pueden almacenarse y volver a convertirse en electricidad cuando se solicite. Esta conversión de la electricidad en formas de energía almacenables es la tecnología que hay detrás del almacenamiento de energía en la red.
El tipo más común de almacenamiento de energía en la red se utiliza en los sistemas de energía hidroeléctrica. Cuando la electricidad es barata, o la demanda es baja, los operadores de la planta bombean agua a una presa o embalse alto. Esta agua se libera entonces durante los picos de demanda a través de tuberías para impulsar las turbinas eléctricas1. Otros tipos de almacenamiento de energía en la red son las baterías, la energía ferroviaria, los volantes de inercia y los supercondensadores, entre otros.
Estaciones eléctricas de almacenamiento de baterías de iones de litio
Las baterías funcionan convirtiendo la electricidad en energía química, lo que permite generar fácilmente electricidad bajo demanda. La energía almacenada en las baterías sólo puede producirse en forma de corriente continua (DC). Sin embargo, la red eléctrica suele funcionar con corriente alterna (CA). Por eso, las centrales de almacenamiento de baterías necesitan componentes electrónicos adicionales, como inversores, para convertir la energía de CC en CA.
El uso de baterías para apoyar la red eléctrica comenzó en la década de 1980 con las baterías de plomo-ácido. A medida que los diferentes minerales y tecnologías redujeron su precio, las baterías de níquel-cadmio y sodio-azufre se hicieron populares. Desde 2010, las baterías de iones de litio (LIB) se convirtieron en la tecnología preferida para aplicaciones de almacenamiento a pequeña y gran escala.
La popularidad de la batería de iones de litio para el almacenamiento en red
Las baterías de iones de litio representan actualmente más del 90% de los sistemas de almacenamiento en batería de la red eléctrica del mundo. El coste de las baterías de litio ha ido bajando de forma constante en los últimos diez años. Al igual que la energía solar, los precios reducidos han hecho que la tecnología de iones de litio sea significativamente rentable.
Por ello, cada vez más empresas de servicios públicos de la red se alejan de las baterías convencionales e invierten en baterías de iones de litio para el almacenamiento de energía. En Estados Unidos, los proveedores de servicios públicos han pasado de utilizar unos 80,6 MWh en almacenamiento en 2013 a casi 650 MWh en 20172. Aparte de la asequibilidad, he aquí algunas razones por las que las baterías de iones de litio son cada vez más populares.
La alta densidad energética del litio
La densidad energética es la cantidad de energía que contiene una batería por unidad de masa o capacidad. La definición de la densidad de una pila por su peso se denomina Densidad Energética Gravimétrica. Se mide en vatios-hora por kilogramo (W-hr/Kg).
Si se define la densidad energética por la capacidad de la batería, se denomina densidad energética volumétrica. Las baterías de iones de litio son tan populares porque el litio contiene las mayores densidades de energía del mundo.
Aplicaciones de las baterías de iones de litio
Si está familiarizado con los sistemas solares domésticos autónomos, sabrá que utilizan bancos de baterías para suministrar energía por la noche. Sin embargo, las baterías para el almacenamiento en la red tienen una gama más amplia de aplicaciones. Se pueden diseñar estos sistemas para llenar los vacíos creados por las insuficiencias de la red. Entre ellas se encuentran
- Pico de potencia a corto plazo
- Picos de potencia de afeitado
- Servicios auxiliares
- Reserva de respuesta en frecuencia
- Corte de energía
Pico de potencia a corto plazo
Los sistemas de alimentación tienen dos tipos de regímenes de potencia. Son la potencia continua y la potencia de pico. La potencia continua es la cantidad de energía que puede suministrarse de forma sostenible sin interrupción.
Por otra parte, la potencia máxima es la cantidad de energía que puede sostener una fuente de alimentación. Sólo se puede mantener durante periodos cortos que van de milisegundos a segundos. Si se suministra durante más de unos segundos, puede dañar la fuente de alimentación o los aparatos.
Varios aparatos electromecánicos motorizados consumen más energía al arrancar que durante el funcionamiento normal. Estos aparatos pueden necesitar hasta tres veces más energía para arrancar. Ejemplos de estos aparatos son los ventiladores, los actuadores y las bombas, entre otros.
El almacenamiento en baterías de iones de litio puede proporcionar la energía instantánea adicional necesaria durante los picos de potencia. Esta configuración puede ahorrar al operador de la red el uso de costosas fuentes de electricidad y centrales eléctricas de pico para cubrir el vacío en el suministro de energía.
Aplicaciones de reducción de picos
Los mercados eléctricos no sólo se rigen por la oferta de energía, sino también por las tendencias de la demanda de electricidad. Los consumidores de energía comercial saben que las tarifas eléctricas de la red varían a lo largo del día. En los momentos en los que la demanda es baja, el sistema le cobra con tarifas fuera de hora. Sin embargo, cuando la demanda es alta, la energía se suministra a precios superiores.
La reducción de picos se refiere al uso de fuentes de energía alternativas para satisfacer la demanda de electricidad durante las horas punta, manteniendo los costes de los servicios públicos bajos sin cambiar los horarios o las salidas.
Los sistemas de almacenamiento en red de iones de litio son excelentes para aplicaciones de reducción de picos. Durante las horas valle, las centrales de almacenamiento de baterías pueden utilizar electricidad barata para cargar los bancos de baterías de iones de litio. Luego pueden venderla con beneficio durante las horas punta.
La reducción de picos también está ganando popularidad entre los usuarios domésticos en aplicaciones de gestión de la demanda. Los propietarios de viviendas cargan sus baterías de iones de litio con energía solar gratuita durante el día. Luego la consumen por la noche, cuando las tarifas de los servicios públicos son altas.
Las tecnologías inteligentes resultan muy útiles a la hora de configurar aplicaciones de ahorro de energía en horas punta. Puedes configurar tu sistema para que cambie automáticamente entre la energía de la red y la de la batería durante las horas punta para ahorrar dinero.
Baterías de iones de litio para servicios auxiliares
Como cualquier sistema complejo, la red eléctrica experimenta a menudo insuficiencias o lagunas de suministro. Son circunstancias que provocan una interrupción del suministro eléctrico a sus clientes.
La generación y el transporte regulares de electricidad desempeñan un papel fundamental en el mantenimiento de la estabilidad y la seguridad de la red. Sin embargo, hay varios casos en los que son ineficaces. Los servicios auxiliares mantienen la estabilidad y la seguridad de la red cuando las operaciones regulares de generación y transmisión son inadecuadas.
Los servicios auxiliares se realizaban convencionalmente con generadores de energía. Sin embargo, los avances en la tecnología de almacenamiento de energía han aumentado las opciones de los operadores de la red. Los servicios auxiliares se prestan ahora con centrales eléctricas de almacenamiento de baterías de iones de litio, vehículos eléctricos y centrales de energía renovable. A continuación se enumeran algunos de los servicios auxiliares más comunes que proporciona la red eléctrica.
- Reservas de explotación y de hilatura
- Control de la tensión
- Programación y envío de electricidad
- Compensación de pérdidas
Roundup
El almacenamiento de energía en la red es un mercado en constante crecimiento con un inmenso potencial. La perpetua evolución de la industria del suministro de energía exige una innovación y una reinvención constantes de la tecnología. Las baterías de iones de litio ofrecen una solución competitiva, fiable y rentable en el ámbito del almacenamiento de energía.
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