2014 Año de Homenaje al Almirante Guillermo Brown, en el Bicentenario del Combate Naval de Montevideo Almacenamiento de energía Documento de referencia 1 Dr. Jaime Moragues Mayo de 2014 1 Este documento fue elaborado por el Dr. Jaime Moragues. Se trata de un material técnico para facilitar el trabajo de la Mesa de Implementación. Las opiniones expresadas en este documento pueden no coincidir con la posición que finalmente asuma el Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva de la Nación.
2014 AñodeHomenajealAlmiranteGuillermoBrown,enelBicentenariodelCombateNavaldeMontevideo Contenido 1.INTRODUCCIÓN...1 2.DEFINICIÓN,ALCANCEYRELEVANCIADELNSPE...1 3.PERFILYCARACTERÍSTICASDELTEMAALMACENAMIENTODEENERGÍA...5 4.ELNSPEYLOSANTECEDENTESDETRABAJOENELCAMPODELACyT...7 4.1.Entramadoproductivo...7 4.2.CapacidadCientíficoTecnológica...7 4.3.Apoyoaldesarrollodecapacidadescríticas...8 4.4.Apoyoalaactividadproductivaylainnovación...8 4.5.Antecedentesinternacionales...9 5.POSIBLESÁMBITOSDEINTERVENCIÓN...9 6.BIBLIOGRAFÍACONSULTADA...11 ANEXO1:Descripcióndealgunasdelasformasdealmacenarenergía...12
2014 AñodeHomenajealAlmiranteGuillermoBrown,enelBicentenariodelCombateNavaldeMontevideo 1.INTRODUCCIÓN ElalmacenamientodeenergíaesparteintegraldetodoprogramadeUsoRacionalyEficientedelaEnergía (UREE)enlamedidaenquesustecnologíassonaplicablesatodalagamadeusodelaenergía,generando enelanálisisintegralunadisminuciónenloscostos. El trabajo que esta Mesa desarrollará durante el presente año es la continuidad de las actividades desarrolladasen2012enlamesadeimplementacióndeusoracionalyeficientedelaenergíaapartirdela cualsedefinióunaseriedeoportunidadesdeintervenciónparaeltemaureelasquequedaronplasmadas en el correspondiente Plan Operativo 20122015, publicado en el sitio http://www.argentinainnovadora2020.mincyt.gob.ar/?wpfb_dl=15 Enesaoportunidadseidentificarontemasdeinvestigacióncientífica,desarrollotecnológicoeinnovación productiva para el financiamiento de proyectos en Edificios Residenciales, Comerciales y Públicos; Industrias;yRedesdeTransmisiónyDistribucióndeElectricidad.DichostemasidentificadosporlaMesa fuerontenidosencuentaporlaagencianacionaldepromocióncientíficaytecnológica(anpcyt)enlas convocatorias del Fondo Nacional para la Investigación Científica y Tecnológica (FONCYT), Fondo TecnológicoArgentino(FONTAR)yFondoArgentinoSectorial(FONARSEC). Asimismo, se identificaron necesidades de formación de recursos humanos en esta temática y se delinearonaccionesparacapacitarainvestigadoresytécnicostantoenelpaíscomoenelexterior.porsu parte, el CONICET también tuvo en cuenta estas necesidades en oportunidad de realizar sus llamados a BecasInternasparaTemasEstratégicosrealizadosen2012y2013. Portodoestoyparadarlecontinuidadalasaccionesyaemprendidas,eldesafíoactualesavanzarenel desarrollodetecnologíasdealmacenamientodeenergíacadavezmássencillas,económicasyefectivas. 2.DEFINICIÓN,ALCANCEYRELEVANCIADELNSPE Todaslasactividadeshumanasdependenenmayoromenormedidadelaenergía,motivoporelcualson susceptiblesdeusarsistemasdeacumulación,encontrandoenlosmismosunafuenteimportantedeuso racionalyeficienteasícomodemejoraseconómicas.desdeelferrocarrilhastalastelecomunicacioneso, en escalas mayores, las centrales eléctricas, los parques eólicos, fotovoltaicos, etc., como los vehículos eléctricosohíbridosqueextraigansuenergíadurantelanochedelaredeléctrica,necesitandesistemasde acumulacióndeenergía. Desdelossistemasmásclásicosdeacumulacióndeenergía,comoelbombeodeaguaolasbaterías,hasta innovadoras tecnologías como el uso del hidrógeno, la pila de combustible, el aire comprimido, el 1
2014 AñodeHomenajealAlmiranteGuillermoBrown,enelBicentenariodelCombateNavaldeMontevideo almacenamiento magnético con superconductores o el empleo de nuevos materiales como el grafeno, abrenuncampodebúsquedadenuevasaplicacionesrentablesyeficientesencampostandisparescomo las energías renovables, el autoconsumo, el vehículo eléctrico, la eficiencia energética en edificios o las redesinteligentes. EnlaRepúblicaArgentinalaLey26.123,promulgadael24deagostode2006,estableceelrégimenparael desarrollo de la tecnología, producción, uso y aplicaciones del hidrógeno como combustible y vector de energía. Actualmente, la Secretaría de Energía de la Nación está elaborando la correspondiente reglamentaciónaltiempoquetambiénestápreparandoelplannacionaldehidrógenoprevistoenlaley. Entérminosgeneraleslossistemasdealmacenamientodeenergíasepuedenclasificarenlossiguientes grupos: Almacenamientomecánico: Bombeohidráulico:energíapotencial. Airecomprimido:energíapotencialytérmica. Volantesdeinercia:energíacinética. Almacenamientoquímicoyelectroquímico: Hidrógeno Baterías. Entalpíadereacción. Almacenamientotérmico: Calorsensible. Calorlatente. Almacenamientoeléctricoymagnético. Condensadores. Camposmagnéticos. EnelAnexo1sedescribenconmásdetallealgunasdelasformasdealmacenarenergía. Ladurabilidaddeestastecnologíasdealmacenamientovienedadaporelnúmerodevecesquelaunidad dealmacenamientopuedeliberarenergíadesdeelnivelparaelcualsehabíadiseñado,despuésdecada recarga.asimismo,sedebetenerencuentalapotenciaalaqueseaplica.enlafigura1[ 2 ]seresumeen funcióndeestosparámetrosalgunossistemasendesarrolloyuso. Los sistemas de suministro de energía eléctrica tienen por objeto ajustarse a la demanda de la red en tiempo real, manteniendo los parámetros básicos (tensión y frecuencia) dentro de las tolerancias [ 2 ] RedeléctricadeEspañaOctubre2008. 2
2014 AñodeHomenajealAlmiranteGuillermoBrown,enelBicentenariodelCombateNavaldeMontevideo establecidasparaeseservicio.considerandolageneracióndistribuidadeenergía,laspautasdeproducción a partir de las nuevas fuentes renovables no se suelen ajustar a la demanda de energía. La energía suministradaporestasfuentesnoestansegurayfácildeajustaraloscambiosenlademanda,comola suministrada por los sistemas energéticos tradicionales. Asimismo, las redes inteligentes de energía requierenelapoyodesistemasdeacumulaciónytrabajanenconjuntoparaoptimizarelusoenergético. Porlotanto,esnecesarioconsiderarunareservadeenergíaquepermitaajustarlaformadegeneración conlademanda,esdecir,almacenarenergíacuandohayexcedentesyliberarlacuandolaproducciónno alcanzaacubrirlasnecesidadesdelademanda. Figura1:Tiempodedescargadelossistemasdeacumulacióndeenergíaenfuncióndelapotencia. Lastecnologíasdeacumulaciónoalmacenamientodeenergíaparaelcasoeléctricosepuedendividiren cuatrocategorías,enfuncióndelasaplicaciones: Aplicaciones de baja potencia en áreas aisladas, esencialmente para alimentar transductores y terminalesdeemergencia. Aplicacionesdemediapotenciaenáreasaisladas,sistemaseléctricosindividualesysuministroeléctrico aciudades. Aplicación de conexión de red con pico de nivelación. (Network connection application with Peak leveling). 3
2014 AñodeHomenajealAlmiranteGuillermoBrown,enelBicentenariodelCombateNavaldeMontevideo Aplicacionesdecontroldecalidaddepotencia(powerquality). Las dos primeras categorías son idóneas para sistemas de pequeña escala, donde la energía podría ser almacenada en forma de energía cinética, energía química, aire comprimido, hidrógeno, supercondensadoresysuperconductores. Las dos últimas son idóneas para sistemas a gran escala, donde la energía podría ser almacenada como energíagravitacionalensistemashidráulicos,energíatérmicaenformadecalorlatenteysensible,energía químicaenacumuladoresybaterías,oairecomprimido. Distintostiposdesistemasdeacumulaciónseaplicanparaelcasodegeneracióndeelectricidad,segúnel requerimientodetiempoderespuesta;algunosejemplosson: 1) Almacenamientoparamejorarlacalidaddeservicio(Actuación<1seg). Supercapacitores. 2) AlmacenamientoparaSistemasdePotencia(segundosaminutos). BateríaNiMetalhibrido(15min). VolantesdeInercia(15seg15min). SMESAlmacenamientodeenergíamagnéticaporsuperconducción(13seg). Supercapacitores(>30seg). 3) AlmacenamientoparaSistemasdegestióndelaenergía(variashoras). BateríasMetalAire(34h). BateríadeSulfurodeSodio(8h). Bateríadeflujo(48h). Hidrógeno(>5horas). CAESCavernasparaaire(224h). Energíatérmicaenformadecalorlatenteysensible. Larelevanciadeestatemáticaparalasactividadesproductivas,losserviciosylavidadiariaradicaenque poseeunrolcríticoenelaseguramientodelfuturoenergéticoapartirdelossiguientesaportes: Servir como una reserva de electricidad de mucha mayor capacidad que cualquier reserva de combustiblesfósiles. Estabilizarlareddedistribuciónytransmisión. Permitirunusomáseficientedelageneraciónexistente. Hacerviableeconómicamentelasenergíasrenovables. 4
2014 AñodeHomenajealAlmiranteGuillermoBrown,enelBicentenariodelCombateNavaldeMontevideo Servircomounamortiguadordeprecios,esdecir,esunelementoparasuministrarenergíacuandolos costosdeelectricidadsonaltos,comoporejemplo,enlashorasdepunta. Reducirodisminuirlanecesidaddeinstalarnuevosgeneradores. Realizar un seguimiento de la carga, alternando la respuesta ante variaciones entre el suministro de electricidadydedemanda. Permitirtenerunacapacidaddereserva. Realizarunsoportedeestabilidaddevoltaje. Realizartambiénunsoporteymejorperformancedelossistemasdetransmisiónydistribución. 3.PERFILYCARACTERÍSTICASDELTEMAALMACENAMIENTODEENERGÍA Mercadoseléctricos Adiferenciadelosmercadosdecommoditiesalmacenables(gasypetróleo),enlosmercadoseléctricosla generacióndeelectricidadserealizaenfuncióndelademandalacualtieneunatemporalidadmarcada.la adaptacióndelaofertaalademandavariableconstituyeporlotantounadelasproblemáticasmásarduas para los despachos de carga, ya que salvo casos excepcionales, las redes no poseen capacidad de acumulacióncomoparahacerfrenteavariacionesdelademandaenelmuycortoplazo. En las horas pico se recurre normalmente al costoso e ineficiente método de ajustar la producción encendiendounacentraldegasduranteperíodoscortos. La utilización de formas sencillas, económicas y efectivas de almacenar electricidad contribuirá a incrementarsuconfiabilidadyeficiencia,ybajarcostos.estossistemasdeacumulaciónpuedenfuncionar comogeneradorocomoconsumo,enfuncióndelasexigenciasplanteadasenformainstantáneaporlas redes,oenformaplanificadaporlosoperadoresdelared. Asimismo,laaplicacióndelconceptoderedesinteligentesdeenergíarequierenelapoyodesistemasde acumulación y trabajan en conjunto para optimizar el uso energético, tanto para mejorar la calidad del servicio (actuación < 1 seg), como para control de los sistemas de potencia (actuación de segundo a minutos),comoparagestiónglobaldelaenergía(variashoras). Generacióndistribuidadeelectricidad Considerandolageneracióndistribuidadeenergía,laspautasdedisponibilidaddeelectricidadapartirde lasnuevasfuentesrenovables(enparticularsolaryeólica)noseajustangeneralmentealademandade energía. Por lo tanto es importante considerar una reserva de energía que permita ajustar la forma de 5
2014 AñodeHomenajealAlmiranteGuillermoBrown,enelBicentenariodelCombateNavaldeMontevideo generación con la demanda, es decir, almacenar energía cuando hay excedentes y liberarla, cuando la producciónnoalcanzaacubrirlasnecesidadesdelademanda. El almacenamiento de la energía solar y eólica no solo permitirá a los propietarios particulares y comercialesdeinstalacionesapostardeformaactivaporlaelectricidadecológica,unusointeligentedelos sistemastambiénbeneficiaráalasredeseléctricaspúblicas.yesqueasíseharáunmayorconsumolocal delaelectricidadautogenerada,loquepuedeevitarlasobrecargadelasredeseléctricas(precisamenteen horaspunta).portanto,losacumuladoresdeenergíasonunadelastecnologíasclaveparaeléxitodela transiciónenergética.yparaeldesarrollodelamovilidadeléctrica. Industria Ennumerosasindustriasnormalmentelasinstalacionesdebenestarsobredimensionadasparaabsorberlos picosdepotencia,losquesuelencoincidirconlosperíodosdeldíaenloquelaenergíaesmásdemandada. Elalmacenamientodeenergíapermiteuncambioenelconsumodeelectricidadaperiodosfueradelpico sin impactar en la operación del proceso productivo. Esto puede alcanzarse, si se requiere por ejemplo energía térmica, instalando dispositivos de almacenaje de frío o calor de forma que las necesidades se cubransintenerqueentrararequerirelectricidadenmomentosdeconsumopico.algunasindustriasque puedenbeneficiarsedeestetipodeproyectossonmetalmecánica,fabricacióndecemento,mezcladorasde hormigón,fabricacióndemármol,plantasderefrigeración,fabricacióndeplástico,entreotras. Sectorresidencial,comercialypúblico Para el manejo de eficiencia energética en edificios, en lo referente a calefacción y refrigeración de los mismos, el almacenamiento de energía térmica en forma de calor sensible (de los cuerpos sólidos o líquidos),calorlatentedecambiodefase(sólidoalíquidogeneralmente)ocalordereaccionesquímicaso fisicoquímicas,jueganunrolmuyimportanteparalagestióndelosmismosdadoquepuedenemplearse paraequilibrarlademandadeenergíaentreeldíaylanoche. Autoseléctricos Actualmentehayungranimpulsoalempleodeautoseléctricosquerequierendesistemasdeacumulación deelectricidadparasufuncionamiento,concaracterísticasmuyespecialesdadoquecuandomenorseasu pesoserámáseficienteelconjunto.dentrodeestecontextosedebeconsiderartambiénenformaintegral laposibilidaddeusarhidrógenocomoacumulacióndeenergíacombinadoconlasceldasdecombustible paralageneracióndeelectricidad.enparticulareldesarrollodedispositivosdealmacenamientodeenergía magnéticos superconductores (SMES) que almacenan energías como la cinética de un vehículo (que disminuyeenunprocesodefrenado)sepresentacomomuypromisoria. 6
2014 AñodeHomenajealAlmiranteGuillermoBrown,enelBicentenariodelCombateNavaldeMontevideo 4.ELNSPEYLOSANTECEDENTESDETRABAJOENELCAMPODELACyT 4.1.Entramadoproductivo Se han podido identificar empresas que están involucradas a diferentes niveles con la temática de almacenamiento de energía. Algunas empresas están interesadas en la instalación de celdas de combustible, en la venta y distribución de las mismas de origen en EE.UU., así como en almacenaje subterráneodehidrógeno,enlafabricacióndebateríasdeplomoácido,etc.sibienestáninteresadasen eltema,nohayempresasyainvolucradasenelmismo,salvolaventadebateríasyceldasdecombustible. AnivelprototiposeencuentralaPlantaExperimentaldeproduccióndehidrógenoenPicoTruncado,con apoyomunicipalydelpoderejecutivoprovincialyquefuedeclaradodeinterésporlalegislaturadesanta Cruz,quepuedeaportarinformaciónaempresasinteresadaseneltema. Noobstante,esnecesariorealizarunaacciónconcretaparaqueestasempresas,uotrasquepuedansurgir oseridentificadas,esténencondicionesdeaprovechartecnologíadeorigennacionalparalaproducciónde sistemas de almacenamiento de energía, así como la identificación del mercado que requiera de las mismas. 4.2.CapacidadCientíficoTecnológica EnlaArgentinaexisten gruposdeinvestigaciónquecubrenalgunasdelaslíneasdealmacenamientode energía mencionadas. En particular existe una capacidad importante en el estudio de la generación, almacenamiento y empleo del hidrógeno, así como en baterías. Se han identificado asimismo grupos dedicados a investigación y desarrollo a diferentes niveles en almacenamiento térmico de energía, supercapacitoresyvolantesdeinercia. Enformageneralpuedemencionarsequesehaidentificadocapacidadcientíficatecnológicaeneltemade hidrógenoengruposdelauniversidadnacionaldebuenosaires(uba),launiversidadnacionaldelaplata (UNLP), la Universidad Nacional del Litoral (UNL), la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA), la Universidad Nacional de Córdoba (UNC), el Instituto de Investigaciones Científicas y Técnicas para la Defensa(CITEDEF),laUniversidadTecnológicaNacionalUTN),laUniversidadNacionaldeSanLuis(UNSL),el CentroCientíficoTecnológicoBahíaBlancadelCONICET,laUniversidadNacionaldelSur(UNS),elInstituto TecnológicoBuenosAires(ITBA),ylaUniversidadNacionaldelaPatagoniaSanJuanBosco.Eneltemade supercapacitoreshaycapacidadesenlauniversidadnacionalderiocuarto(unrc);envolantedeinercia (flywheels)lashayenlauns;enalmacenamientotérmicoenlauniversidadnacionaldesalta(unsa)yen launlp;yeneltemadebateríasenlaunlp,uba,unc,cnea,eypftecnologías.a.(ytec). 7
2014 AñodeHomenajealAlmiranteGuillermoBrown,enelBicentenariodelCombateNavaldeMontevideo A través del FONCYT se han apoyado proyectos de investigación y desarrollado (PICT) en temas como desarrollo de electrodos, nuevos materiales magnéticos, materiales para celdas de combustible, producciónyalmacenamientodehidrógeno,desarrollodeelectrolitos,ycatalizadoresnanoestructurados. 4.3.Apoyoaldesarrollodecapacidadescríticas SibieneltemaAlmacenamientodeEnergíanohasidoobjetodeconvocatoriaporpartedelFONARSEC, puedenmencionarsealgunasaccionesrelacionadasconlatemática.enjuniode2008laanpcytpusoen marcha, en el marco del Programa de Áreas Estratégicas (PAE), el programa denominado Producción, purificación y aplicaciones del hidrógeno como combustible y vector de energía con participación de gruposdei+dyempresas[ 3 ]. Con respecto a UREE, el FONARSEC realizó en el año 2013 una convocatoria de Fondos de Innovación Tecnológica Sectorial destinada a consorcios públicoprivados para la presentación de proyectos innovadores destinados a: el desarrollo de equipos y sistemas integrados para incrementar la eficiencia energética en los procesos industriales; el desarrollo de sistemas de redes inteligentes de transmisión y distribución de electricidad, con interconexión de generación con fuentes renovables de energía, y/o mejoramientodelaeficienciadelasredeseléctricasexistentes;eldesarrollodeenvolventesydesistemas decontrolesinteligentesparaedificacionesenergéticamentesustentables.laconvocatoriayaestácerrada yseestánevaluandolosproyectospresentadosafindeseleccionaraquellosqueseránfinanciados. EnparticularlasiniciativassobretemasenergéticosyainiciadosenelMINCyTatravésdelFONARSECen UREE (redes inteligentes, edificios energéticamente sustentables, eficiencia energética en la industria), Energía solar, Aerogeneradores de Alta Potencia y Bioenergía, así como los de Biorrefinerías, serán complementadosconaccionesquesurgirándelamesadeimplementacióndealmacenamientodeenergía. 4.4.Apoyoalaactividadproductivaylainnovación La ANPCYT ha dado apoyo al sector productivo a través del financiamiento del FONTAR de un Clúster Eléctricocuyopropósitoesmejorarlasprestacionestécnicasdecentrostecnológicosalfuncionamientode lostransformadoreseléctricos.nosehandetectadoproyectosaprobadosenelfontarrelacionadoscon el tema Almacenamiento de Energía. Sí se han financiado proyectos de UREE en sus tres temáticas (edificios; redes inteligentes; e industrias) mediante diferentes instrumentos como los Aportes No Reembolsables(ANR),CréditoFiscal,CréditosparalaMejoradelaCompetitividad(CRE+CO),yelArt.2de laley23.877. [ 3 ]http://www.petrotecnia.com.ar/petro_08/elhidrogeno_sp.pdf 8
2014 AñodeHomenajealAlmiranteGuillermoBrown,enelBicentenariodelCombateNavaldeMontevideo 4.5.Antecedentesinternacionales ElDepartamentodeEnergía(DOE)deEE.UU.abogaportecnologíasprometedorasquepuedancontribuira modernizaryexpandirlasredesdetransporteydistribucióndeelectricidad,entrelasqueseencuentran dispositivosavanzadosdealmacenamientoeléctrico[ 4 ]ytieneenmarchaunprogramadealmacenamiento de Energía. La Agencia de Proyectos de Investigación AvanzadosEnergía (ARPAEoAdvanced Research ProjectsAgencyEnergy)delDOEfinanciaproyectosdealmacenamientodeenergía. Porsuparte,enelSéptimoProgramaMarco(20072013)[ 5 ]delaunióneuropea,enelsectorenergía,el objetico es Adaptar el actual sistema energético a otro más sostenible, menos dependiente de combustibles importados y basado en una combinación variada de fuentes de energía, en particular las renovables,losvectoresdeenergíaylasfuentesnocontaminantes;mejorarlaeficienciaenergética,entre otrascosasracionalizandoelusoyelalmacenamientodeenergía. Finalmente, el Foro Económico Mundial publica anualmente una lista de las 10 principales tecnologías emergentes. Entre las tendencias claves en el cambio tecnológico identificadas en el informe del World EconomicForumGlobalAgendaCouncilonEmergingTechnologies,semencionantambiéncomoavances tecnológicosrelevantesaquellosrelacionadosconelalmacenamientodeelectricidadaescaladeredes. 5.POSIBLESÁMBITOSDEINTERVENCIÓN Disponer de tecnologías para el diseño y elementos para la construcción de diferentes sistemas de almacenamientodeenergía. Enestaprimeraetapasecubrirácomosistemasdealmacenajedeenergía:AlmacenamientodeHidrógeno, Almacenamiento energía térmica, Almacenamiento mecánico, eléctrico y magnético (Volante de inercia (Flywheel), Supercondensadores Almacenamiento magnético con superconductores), según el siguiente detalle: 1. Hidrógeno. Vector energético que presenta un amplio campo de aplicaciones, no se encuentra en la naturaleza y debe considerarse en conjunto la generación y el almacenamiento del mismo, siendo la energíausadaparaelprocesodegeneraciónlaqueluegoesalmacenada.susaplicacionesposteriores son muy amplias y abarcan desde su uso como combustible directamente para automotrices o generacióndeelectricidadcomolageneracióndeestaúltimaporunprocesodiferentecomoeldelas celdasdecombustibleparadiversasaplicaciones. [ 4 ] Grid2030Anationalvisionforelectricity ssecond100years.usdepartmentofenergy.2003. [ 5 ]http://eurlex.europa.eu/lexuriserv/lexuriserv.do?uri=oj:l:2006:412:0001:0041:es:pdf 9
2014 AñodeHomenajealAlmiranteGuillermoBrown,enelBicentenariodelCombateNavaldeMontevideo 2. Energíatérmica.Almacenamientodeenergíadirectamenteenformadecalorsensibleolatente. Los materiales con cambio de fase (PCMs) poseen la capacidad de almacenar calor (unidades de almacenamientodecalorlatente),altocalordefusiónypuntodetransicióndefaseenelentornodela temperaturadeoperación.sepuedenmencionar:orgánicos:compuestosdeysinparafina;inorgánicos: Sales hidratadas, metálicos; y Eutécticos: OrgánicoOrgánico, OrgánicoInorgánico, Inorgánico Inorgánico. 3. Almacenamientomecánico,eléctricoymagnético. Volantedeinercia(Flywheel).Esunalmacenamientoenformadeenergíacinética,utilizandoparaello unvolantedeinercia. Supercondensadoresosupercapcitores.Sondispositivosquetienenunprincipiodeoperaciónsimilara uncondensadortradicional,siendosucapacidadycorrientededescargamuchomásalta.ladiferencia principalconrespectoaloscondensadoresconvencionalesreside,porunaparte,enquealmacenanla energíaenlainterfaseentreunelectrodoconductorporosoyunelectrolitolíquidoiónicoconductory, porotraparte,quelasuperficieaumentamuchodebidoalamuyelevadaporosidaddelelectrodo. Almacenamientomagnéticoconsuperconductores.Consisteenunagranbobinasuperconductora,que se mantiene a temperatura criogénica mediante un refrigerador o criostato que contiene helio o nitrógenolíquido. EntrelosresultadosdelaMesadeImplementaciónseesperaquesurganpropuestasentornoa: 1. Prototiposdesistemasdegeneraciónyalmacenamientodehidrógeno,coninstalacióndesistemasde controlydegestión. 2. Prototiposdesistemasdealmacenamientotérmico,tantoenformadecalorsensibleocalorlatente, coninstalacióndesistemasdecontrolydegestión. 3. Prototipos de sistemas de almacenamiento mecánico, eléctrico y magnético (Volante de inercia (Flywheel),SupercondensadoresAlmacenamientomagnéticoconsuperconductores). 4. Disponibilidaddenuevosmaterialesparalosdiferentessistemasdealmacenamientodeenergía. 10
2014 AñodeHomenajealAlmiranteGuillermoBrown,enelBicentenariodelCombateNavaldeMontevideo 6.BIBLIOGRAFÍACONSULTADA RedeléctricadeEspañaOctubre2008. Grid2030Anationalvisionforelectricity ssecond100years.usdepartmentofenergy.2003. http://eurex.europa.eu/lexuriserv/lexuriserv.do?uri=oj:l:2006:412:0001:0041:es:pdf. http://www.petrotecnia.com.ar/petro_08/elhidrogeno_sp.pdf. PFCEduardoGilGlezMadrono. IVConferenciaLatinoAmericanadeEnergíaSolar(IVISES_CLA)yXVIISimposioPeruanodeEnergíaSolar (XVIISPES),Cusco,15.11.2010. Las Investigaciones Francesas Sobre el Almacenamiento de Calor para la Vivienda B. Delcambre, M. RubinsteinyJ.L.Salagnac,Francia.//informesdelaconstruccion.revistas.csic.es. Acumulación Térmica para un Sistema de Calefacción Solar Activo. Javier Nacif H., Roberto Román L., RamónFrederick,GRodrigoPalmaB. IVConferenciaLatinoAmericanadeEnergíaSolar(IVISES_CLA)y XVIISimposioPeruanodeEnergíaSolar(XVIISPES),Cusco,15.11.2010. Elhidrógenocomocombustibleyvectorenergético:unproyectodedesarrollotecnológicoArgentinoPor PíoAguirre,AlbertoBaruj,HoracioR.Corti,MiguelLaborde,EduardoA.Lombardo,GabrielMeyer. GENERA2014MADRID,ESPAÑA.pdf. AcumulacióndeEnergíaSolarenunMaterialdeCambiodeFase.MaríaVilteyAngélicaBouciguez.Facultad decienciasexactas.universidadnacionaldesalta. Almacenamientodeenergía.EscuelasuperiordeIngenieros,SanSebastian,UniversidaddeNavara. AlmacenamientodeEnergía:DesarrollosTecnológicosyCostos.FredyValdovinos,RobertoOtárola,Hugh Rudnick. Pontificia Universidad Católica de Chile, Escuela de Ingeniería, Magíster en Ingeniería de la Energía. Análisis del potencial del almacenamiento en el sistema eléctrico español actual y futuro. www.store proyect.eu. Redeseléctricasinteligentes ComitéN 8 AEA. 11
2014 AñodeHomenajealAlmiranteGuillermoBrown,enelBicentenariodelCombateNavaldeMontevideo ANEXO1:Descripcióndealgunasdelasformasdealmacenarenergía 1. Volantedeinercia(Flywheel):Unabateríainercial(tambiéndenominadabateríaderotor,bateríade volanteobateríagiróscopica)almacenaenergíaenformadeenergíacinéticamedianteunvolantede inercia. Conbaseenesteprincipiosehadiseñadounsistemaque: Almacenamuchaenergíautilizandoundiscoconunamasaelevada,degrandiámetrooquegiraa granvelocidad. Nopierdesuenergíaconrapidezdadoquesehaneliminadolosrozamientos.Parareducirlafricción se utilizancojinetes magnéticos que evitan todo contacto y se hace el vacío en la cámara que contieneeldisco. El material más adecuado para fabricar el disco es lafibra de carbono. Aunque tiene menordensidadqueelacero,esmásresistenteypuedegiraramayorvelocidad,hasta100.000rpm. 2. Almacenamiento magnético con superconductores (en inglés Superconducting Magnetic Energy Storage [SMES]): Consiste en una gran bobina superconductora que se mantiene a temperatura criogénicamedianteunrefrigeradorocriostatoquecontienehelioonitrógenolíquido. Una vez que labobinasuperconductora se carga lacorrienteya no disminuye y la energía magnética puedealmacenarseindefinidamente.laenergíaalmacenadapuedeserentregadaalareddescargando alanillo.paraextraerlaenergíaseinterrumpelacorrientequecirculaporlabobinaabriendoycerrando repetidamenteunconmutadordeestadosólidodelsistemadeelectrónicadepotencia.debidoasualta inductancia,labobinasecomportacomounafuentedecorrientequepuedeutilizarseparacargarun condensador que proporciona una entrada de tensión continua a un inversor que produce latensiónalterna requerida. El sistema de potencia origina del 2% al 3% de pérdidas deenergía. Sin embargolossmessonmuyeficientes,puessuspérdidassonmuybajascomparadasconlasdeotros sistemasdealmacenamientodeenergía. 3. Supercondensadores: Un supercapacitor (ultracapacitor o double layer capacitor) es una nueva tecnologíadealmacenamientodeenergía.sondispositivosquetienenunprincipiodeoperaciónsimilar auncondensadortradicional.sinembargo,sucapacidadycorrientededescargaesmuchomásaltay porellolossupercapacitoresseutilizancomounidadesdealmacenamientoensistemasdepotencia, vehículos,etc. Ladiferenciaprincipalconrespectoaloscondensadoresconvencionalesreside,porunaparte,enque almacenanlaenergíaenlainterfaseentreunelectrodoconductorporosoyunelectrolitolíquidoiónico 12
2014 AñodeHomenajealAlmiranteGuillermoBrown,enelBicentenariodelCombateNavaldeMontevideo conductory,porotraparte,enquelasuperficieaumentamuchodebidoalamuyelevadaporosidaddel electrodo. 4. Baterías(eninglésBatteryElectricStorageSystem[BESS]): Labateríaesundispositivoquetransformalaenergíaquímicadesusmaterialesenenergíaeléctrica mediantereaccionesdeoxidaciónyreducción. Sehandesarrolladonumerosostiposdeceldaselectroquímicas,destacandolasdePlomoácido,Niquel Cadmio(NiCd),Níquelhierro(NiFe),Níquelhidrurometálico(NiMH),Sulfurodesodio,IonesdeLi, Polímerodelitio(LiPo),BromoZinc,vanadioflujoredox,metalaire. Lasbateríasdeplomoácidodecicloprofundo(Deepcycleleadacidbatteries)generalmentesedividen endoscategorías: inundadas (flooded[fla])[6]yreguladasporválvulas(valveregulated[vrla])[7], estandodivididaslasvrlaendostipos,devidrioabsorbente(absorbedglassmat[agm])[8]ygel[9]. Batería de Flujo: Es un tipo debatería recargabledonde la recarga es proporcionada por dos componentes químicos,disueltosen líquidos contenidos dentro del sistema y separados por una membrana.elintercambiodeiones(queproporcionaflujodecorrienteeléctrica)seproduceatravésde lamembrana,mientraslosdoslíquidoscirculenensupropioespaciorespectivo. AlgunascaracterísticasdelasbateríasmencionadassedanenlaTabla1,mientrasqueenlaTabla2se presentanlascaracterísticasdelasbateríasdeflujo. Bombeohidráulico(eninglésPumpedHydroelectricEnergyStorage[PHES]): utilizaenergíaeléctrica disponible, para bombear agua desde un depósito inferior a otro situado a mayor altitud. Cuando el agua almacenada en el depósito superior pasa a través de una turbina hidráulica produce energía eléctrica. [ 6 ] El término inundada es usado por que este tipo de bateríacontiene exceso de fluido electrolito, así que las placas están totalmentesumergidas. [7] Están diseñadas para que la evolución de las placas positivas durante la carga de oxígeno puede migrar a la placa negativa donde se reduce a agua. Este proceso reduce significativamente la pérdida de agua. La reducción de oxígeno no es 100% eficienteyeloxígenoexcedentedebeventilarsejuntoconunacantidadequivalentedehidrógeno.porestarazón,lasbaterías VRLAestánequipadasconunaventilacióndepresiónquepermiteventilarelgascuandoaumentalapresióndelgasinterno. Porestarazónsellamanreguladasporválvula,bateríasnoselladas. [8]Incorporanunseparadordevidrioporosoquetienelacapacidaddeabsorberunagrancantidaddeelectrolitosmientrassigue permitiendoquealgunosdelosporosesténsinllenar.estosporosvacíosactúancomocanalesquepermitenqueeloxígeno pasedelaplacapositivaalaplacanegativa.estedispositivodecristalabsorbenteesuncomponentecríticodelabatería,ya quedebesercapazdesoportarcompresiónaltaparaquepuedamantenerunbuencontactoentreelseparadorylasplacas. [9]UsanunseparadorcompuestodeunacubiertadevidrioadheridoaunpolietilenoporosouhojadePoliclorurodevinilo.Las bateríasestánllenasdeungeltixotrópicodesílicemezcladoconácidosulfúrico. 13
2014 AñodeHomenajealAlmiranteGuillermoBrown,enelBicentenariodelCombateNavaldeMontevideo EnlaArgentinasehaninstaladocentralesdebombeoenlasprovinciasdeCórdobayMendoza(Cerro PeladoyRíoDiamanterespectivamente). Tabla1:CaracterísticasdelasBaterías. Tipo Energía/peso Tensiónpor elemento(v) Duración (númerode recargas) Tiempode carga Autodescarga pormes(%del total) Liion 110160Wh/kg 3,16V 4.000 2h4h 25% LiPo 100130Wh/kg 3,7V 5.000 1h1,5h 10% NiCd 4880Wh/kg 1,25V 500 1014h* 30% NiFe 3055Wh/kg 1,2V +de10.000 48h 10% NiMh 60120Wh/kg 1,25V 1000 2h4h* 20% Plomo 3040Wh/kg 2V 1000 816h 5% Tabla2:CaracterísticasdeBateríasdeFlujo. Pareja Max.voltaje delacélula (V) Promediodedensidad depotenciadel electrodo(w/m 2 ) Promediode densidaddeenergía delfluido(wh/kg) Bromohidrógeno 7,950 Hierrotitanio 0,62 <200 Hierrotitanio 0,43 <200 Hierrocromo 1,07 <200 Vanadiovanadio(sulfato) 1,4 ~800 25 Vanadiovanadio(bromuro) 50 14
1,85 2014 AñodeHomenajealAlmiranteGuillermoBrown,enelBicentenariodelCombateNavaldeMontevideo Pareja Max.voltaje delacélula (V) Promediodedensidad depotenciadel electrodo(w/m 2 ) Promediode densidaddeenergía delfluido(wh/kg) Polisulfurodesodio/bromo 1,54 ~800 Zincbromo ~1,000 75 Plomoácido(metanosulfonato) 1,82 ~1,000 Zinccerio(metanosulfonato) AlgunosdetallesdelacentraldeCerroPeladosonlossiguientes: Potencia instalada de 750 MW distribuida en 4 grupos turbinabomba de 187,5 MW / 210 MVA cadauno.lasturbinassontipofrancis,reversiblesde250r.p.m. La tensión de generación de 16,5 kv adaptada al Sistema Interconectado Nacional de 500 kv mediantedostransformadorestrifásicosde440mva. ElComplejocuentacon2embalses,elsuperiordenominadoCerroPeladoyelinferior,ArroyoCorto.El desnivelentreambosesde185m. 5. Airecomprimido(eninglésCompressedAirEnergyStorage[CAES]):Elairesecomprimeysealmacena endepósitos,acuíferosocavidadessubterráneas.laenergíaalmacenadaseliberaexpandiendoelairea travésdeunaturbina. 6. Energíatérmica:Almacenamientodeenergíadirectamenteenformadecalorsensibleolatente,más específicamente, el almacenamiento subterráneo de energía térmica (UTES Under Ground Thermal EnergyStorage). Calor sensible: Se almacena energía térmica elevando la T de un material (agua, líquido orgánico o sólido). Calorlatente:Energíaalmacenadaporcambiodefase,fusióndeunsólidoovaporizacióndeunlíquido. La energía se recupera con el proceso inverso, solidificando el líquido o condensando el vapor. Se estudiansalesespeciales. Los materiales con cambio de fase (PCMs) poseen la capacidad de almacenar de calor (unidades de almacenamientodecalorlatente),altocalordefusiónypuntodetransicióndefaseenelentornodela temperaturadeoperación.sepuedenmencionar:orgánicos:compuestosdeysinparafina.inorgánicos: Saleshidratadas,metálicos.Eutécticos:OrgánicoOrgánico,OrgánicoInorgánico,InorgánicoInorgánico. 15
2014 AñodeHomenajealAlmiranteGuillermoBrown,enelBicentenariodelCombateNavaldeMontevideo Hidrógeno:Elhidrógenonoseencuentraenlanaturalezaporloqueparausarloenalmacenamiento debeserpreviamenteproducido,siendolaenergíausadaparaelprocesodegeneraciónlaqueluegoes almacenada.porellodebeconsiderarseenconjuntolageneraciónyelalmacenamientodehidrógeno. Paralaproduccióndehidrógenolasopcionesestudiadas,yalgunasenuso,son: REFORMADODEHIDROCARBUROS Reformadoconvapor Oxidaciónparcial DisociaciónTermina APARTIRDEAGUA Descomposiciónelectrolíticadelagua. Fotoelectrolisis. Descomposicióntérmicadelagua Producciónfotobiológica Ciclostermoquímicos. Piladecombustibleinversa. APARTIRDEBIOMASA Pirólisisdelabiomasa Gasificacióndelabiomasa Reformadodeetanolyazúcares Producciónbiológica. Hayvariasformasendesarrolloparaalmacenarhidrógenosiendolasopcionesprincipalescomogases comprimidos,líquidoscriogénicosyloshidrurosmetálicos;cadasistematienesusprosysuscontrasen funcióndelaaplicacióndeseada. 16