sistemas de almacenamiento de energía a escala

Almacenamiento de energía en baterías de iones de litio: para conocer sus ventajas

almacenamiento de energía en baterías de iones de litio

El almacenamiento de energía es esencial en la sociedad actual para mantener bajo control la oferta y la demanda de energía. Todo el mundo se pregunta qué almacenamiento de energía es el más eficaz a medida que avanzamos hacia un futuro con bajas emisiones de carbono.

Una solución que ha demostrado su eficacia a lo largo de los años es el uso de baterías. Dado que las baterías de litio están cada vez más disponibles, hoy en día se utilizan con más frecuencia para dispositivos de almacenamiento de energía.

Para sacar el máximo partido de almacenamiento de energía en baterías de iones de litioPara que un sistema de almacenamiento de energía sea eficaz, no basta con conocer el precio. Entender los componentes y cómo funciona este almacenamiento de energía es esencial para un almacenamiento y transferencia eficientes de la energía eléctrica. Para que puedas tomar decisiones con conocimiento de causa, en este artículo te ofrecemos toda la información pertinente sobre el almacenamiento de energía con baterías de iones de litio.

Índice
    Añadir una cabecera para empezar a generar el índice
    YouTube_play_button_icon_(2013–2017)

    ¿Qué es el almacenamiento de energía en baterías de iones de litio?

    El principal objetivo de la tecnología de almacenamiento de energía con baterías de iones de litio es conservar energía eléctrica que pueda utilizarse como energía de reserva en situaciones de emergencia. Se trata de una tecnología muy avanzada que utiliza baterías recargables fabricadas con compuestos que contienen litio para almacenar y liberar energía eléctrica.

    Esta innovadora solución puede combinarse con fuentes de energía renovables, como la solar y la eólica, para equilibrar su producción variable e intermitente. Además, puede prestar una amplia gama de servicios a la red, como regulación de frecuencia, desplazamiento de picos, gestión de potencia e integración de renovables.

    Los usuarios pueden beneficiarse de una solución energética más eficiente y sostenible, adaptada a sus necesidades específicas, utilizando baterías de iones de litio para el almacenamiento de energía. Los sistemas solares o SAI suelen utilizar baterías de iones de litio para almacenar energía debido a su larga vida útil y a su mayor resistencia interna.

    ¿Cómo funcionan las baterías de iones de litio?

    Para el funcionamiento de las baterías de iones de litio, los iones de litio deben ir y venir entre los electrodos positivo y negativo. Esto es posible con el funcionamiento de los cuatro componentes de la batería:

    ● Electrodo positivo
    ● Electrodos negativos
    ● Un electrolito (sustancia que conduce iones).
    ● Un separador (una membrana que evita los cortocircuitos).

    Conectar una batería de iones de litio a un circuito externo, como un dispositivo electrónico o un cargador, permite que empiece a funcionar, lo que puede ser una descarga o una carga.

    Durante este proceso de carga, el electrodo positivo, o electrodo negativo, recibe parte de los iones de litio liberados por el cátodo, o electrodo positivo. Los iones de litio son absorbidos por el electrodo negativo y almacenados allí. La diferencia de potencial entre los electrodos crece debido a la conversión de energía eléctrica en energía química.¿Cómo funcionan las baterías de iones de litio?

    Sin embargo, el proceso se invierte cuando se conecta a un dispositivo y, durante esta descarga, los iones de litio salen del electrodo negativo (cátodo) y se desplazan a través del electrolito hasta el ánodo (electrodo positivo). El electrodo positivo toma los iones de litio, liberando electrones en el circuito externo. La diferencia de potencial entre los electrodos se reduce debido a este proceso, que transforma la energía química en energía eléctrica.

    ¿Cuáles son los componentes de una batería de iones de litio?

    Sistema de baterías: La eficiencia y eficacia del sistema de almacenamiento de energía dependen en gran medida del sistema de baterías. La tecnología suele conectar células de iones de litio en serie y en paralelo para crear módulos de baterías, que luego se conectan en serie para crear cadenas de baterías. Para obtener el voltaje y la corriente adecuados, finalmente se diseña un bastidor conectando estas cadenas y módulos de baterías en paralelo o en serie.ponentes del almacenamiento de energía en baterías de iones de litio

    Sistema de gestión de baterías (BMS): Este sistema de control en tiempo real basado en circuitos electrónicos garantiza la seguridad y fiabilidad del sistema de baterías. Supervisa varias condiciones de la batería, como la tensión, la corriente, la temperatura, el estado de carga y la salud.

    El BMS garantiza que el proceso de carga y descarga del sistema de baterías se realiza de forma segura, evitando la sobrecarga y la sobredescarga.

    El sistema también incluye un mecanismo de alerta y protección de emergencia para hacer frente a posibles problemas del sistema de baterías. Al calcular con precisión el estado de carga (SOC) del sistema de baterías y sus componentes en todos los niveles, el BMS mejora el rendimiento del sistema de baterías.

    Sistema de gestión de la energía (SGE): Otro componente esencial del almacenamiento de energía en baterías de iones de litio es el EMS, responsable de gestionar el funcionamiento y la optimización del sistema.

    El EMS supervisa la batería, el PCS, la red y las fuentes de energía renovables, y emplea algoritmos y modelos para elegir las mejores técnicas de carga y descarga en función de las circunstancias y las aplicaciones.

    El EMS también se conecta con otros sistemas, como los centros de control de las empresas eléctricas o los operadores del mercado, para ofrecer numerosos servicios y ventajas a la red y los consumidores.

    Sistemas auxiliares: Estos componentes apoyan el mantenimiento y el funcionamiento del sistema. Estos sistemas constan de refrigeración, extinción de incendios, ventilación, seguridad, comunicación, medición y otros sistemas que garantizan la seguridad y fiabilidad del sistema.

    ¿Cuál es la eficiencia de las baterías de iones de litio?

    La relación entre la electricidad almacenada por el elemento de almacenamiento de energía y la energía de entrada se mide como eficiencia de almacenamiento de energía de la batería de iones de litio. En ella influyen muchos factores, como la tasa de corriente, la temperatura y la duración de los procesos de carga y descarga, y puede relacionarse con la vida útil y el coste de la batería.

    Gracias a su excelente eficiencia de ida y vuelta, las baterías de iones de litio pierden menos energía al cargarse y descargarse. La eficiencia de ida y vuelta puede alcanzar los 99%, aunque suele situarse entre 75 y 85% para aplicaciones a escala de red. Es importante conocer las variables que influyen en la eficiencia del almacenamiento de energía de las baterías de iones de litio si se pretende aumentarla.

    ¿Cuáles son las ventajas y desventajas del almacenamiento de energía en baterías de iones de litio?

    Pros:
    Alta eficacia: La ventaja exclusiva del almacenamiento de energía en baterías de iones de litio es que sólo pierde menos energía al cargarse y descargarse. Esto se debe a su alta eficiencia de ida y vuelta, hasta un 99% de la energía de entrada a la de salida. Como mantiene bien su carga, es perfecta para un uso a largo plazo, y podrá utilizar la energía durante más tiempo del que hubiera imaginado.

    Gran flexibilidad: Otra ventaja del almacenamiento de energía en baterías de iones de litio es que puede ofrecer a la red y a los consumidores diversos servicios, como el control de la frecuencia, el desplazamiento de picos, la gestión de la energía y la integración de fuentes de energía renovables. También puede funcionar en varios modos, como en isla o conectado a la red, y reaccionar rápidamente a los cambios en la demanda o el suministro de energía.

    Gran escalabilidad: En función de la aplicación y la situación, puede ampliar o reducir fácilmente el almacenamiento de energía en baterías de iones de litio suministrado añadiendo o quitando módulos o bastidores. También puede estandarizarse y modularizarse para facilitar su instalación.Gran escalabilidad

    Bajo mantenimiento: La mayor vida útil de las baterías de iones de litio y su baja tasa de autodescarga las convierten en una buena opción, ya que requieren menos sustituciones con el paso del tiempo. A diferencia de otras baterías, también es más sencilla de usar y mantener, ya que no requiere riego ni ecualización rutinarios.

    Respeto del medio ambiente: El almacenamiento de energía en baterías de iones de litio no emite gases de efecto invernadero ni contaminantes durante su funcionamiento, por lo que es respetuoso con el medio ambiente. Al no contener plomo ni cadmio, el almacenamiento de energía en baterías de iones de litio no supone ningún riesgo para la salud humana ni el medio ambiente.

    Contras:

    Cuestiones de costes: El almacenamiento de energía con baterías de iones de litio tiene un coste inicial elevado entre todas las tecnologías de almacenamiento de energía disponibles, debido principalmente al coste de las celdas de la batería y de los BMS. Debido a la necesidad de sistemas auxiliares como la refrigeración y la extinción de incendios, también tiene un elevado coste operativo.

    Cuestiones de recursos: El almacenamiento de energía en baterías de iones de litio depende de elementos raros y caros como el litio, el níquel, el manganeso, el cobalto y el grafito, que se ven influidos por la incertidumbre geopolítica y del mercado. Además de dañar potencialmente el medio ambiente y los derechos humanos, la extracción y el procesamiento de estos recursos también pueden hacerlo.

    ¿Cómo se compara el almacenamiento de energía mediante baterías de iones de litio con otros tipos?

    Almacenamiento de energía hidroeléctrica por bombeo
    El almacenamiento de energía hidroeléctrica por bombeo utiliza agua para almacenar y liberar electricidad. Presenta las siguientes ventajas e inconvenientes:

    Ventaja: El almacenamiento de energía hidroeléctrica por bombeo ofrece las ventajas de una gran capacidad, fiabilidad, durabilidad y asequibilidad. Tiene un bajo coste energético nivelado, una producción de energía constante y continua, una larga vida útil con poco deterioro y la capacidad de almacenar cantidades significativas de energía durante periodos prolongados.

    Desventaja: El almacenamiento de energía hidroeléctrica por bombeo plantea dificultades medioambientales, geográficas, normativas y de eficiencia. Puede afectar a los ecosistemas y a la calidad del agua de los embalses, necesita una superficie considerable y un terreno adecuado, se enfrenta a la oposición del público en general y a dificultades para obtener los permisos necesarios, y utiliza cierta energía durante el bombeo y la generación.¿Cómo se compara el almacenamiento de energía con baterías de iones de litio con otros tipos?

    Almacenamiento de energía en aire comprimido
    El almacenamiento de energía en aire comprimido utiliza aire para almacenar y liberar electricidad. Presenta las siguientes ventajas e inconvenientes:

    Ventaja: El almacenamiento de energía en aire comprimido ofrece varias ventajas, como una gran capacidad, escalabilidad, flexibilidad y bajo coste. Puede suministrar a la red varios servicios, como nivelación de carga o control de frecuencia, y tiene un bajo coste energético nivelado. Además, puede ampliarse o reducirse fácilmente añadiendo o quitando compresores o turbinas.

    Desventaja: El almacenamiento de energía en aire comprimido presenta problemas tecnológicos, de eficiencia, geográficos y medioambientales. Al quemarse o filtrarse el aire, puede liberar gases de efecto invernadero u otros contaminantes, necesita almacenar el aire en cavernas o depósitos subterráneos, consume cierta energía durante la compresión o expansión y tiene dificultades para mantener una presión y temperatura constantes del aire.

    Almacenamiento de energía mediante volante de inercia
    El almacenamiento de energía en volantes de inercia utiliza la energía cinética rotacional para almacenar y liberar electricidad. Presenta las siguientes ventajas e inconvenientes:

    Ventaja: El almacenamiento de energía mediante volante de inercia es muy eficaz, tiene una alta densidad de potencia, una reacción rápida, un ciclo de vida largo y es respetuoso con el medio ambiente. Puede funcionar durante millones de ciclos sin deteriorarse, almacenar más energía por unidad de masa que las tecnologías actuales, cargarse y descargarse rápidamente con pocas pérdidas y no liberar gases de efecto invernadero ni contaminantes.

    Desventaja: El almacenamiento de energía mediante volantes de inercia tiene poca capacidad, escalabilidad, durabilidad y seguridad. Sus limitaciones incluyen su capacidad limitada para el almacenamiento de energía a corto plazo, su dificultad para escalar hacia arriba o hacia abajo mediante la adición o eliminación de volantes de inercia debido a problemas de sincronización, su susceptibilidad a los fallos mecánicos o al desgaste de los rodamientos o rotores, y su potencial de explosión o fragmentación en caso de daños o exceso de velocidad.

    ¿Cuáles son las aplicaciones más comunes de las baterías de iones de litio?

    Algunas de las aplicaciones que requieren baterías de iones de litio para el almacenamiento de energía son

    Vehículos eléctricos (VE): Los vehículos eléctricos están ganando popularidad hoy en día, ya que facilitan el tráfico, lo hacen más rápido y respetan el medio ambiente. Estos vehículos eléctricos necesitan una fuente de energía ligera, duradera y de carga rápida, algo que ofrecen las baterías de iones de litio. Las baterías de iones de litio poseen una alta densidad energética y un bajo índice de autodescarga. Por tanto, son las más adecuadas para alimentar vehículos eléctricos que permiten recorrer largas distancias con poco tiempo de carga.

    UPS: Las baterías de iones de litio almacenan grandes cantidades de energía durante periodos más largos, lo que las convierte en una buena fuente de energía de reserva cuando se produce un corte en el suministro eléctrico. Los SAI y otros sistemas de respaldo energético de emergencia utilizan el almacenamiento de energía en baterías de iones de litio para proporcionar un respaldo energético instantáneo cuando se produce un corte en el suministro eléctrico.

    Tecnologías portátiles de almacenamiento de energía: Los power banks y otros sistemas portátiles de almacenamiento de energía se construyen con baterías de iones de litio. Las baterías de iones de litio son ligeras y puedes llevarlas a todas partes.

    Dispositivos electrónicos portátiles: Los ordenadores portátiles y los dispositivos móviles utilizan baterías de iones de litio como fuente de energía fiable. Las empresas que fabrican dispositivos electrónicos portátiles prefieren las baterías de iones de litio por su durabilidad, rapidez y facilidad de carga, alta densidad energética, ligereza y fácil mantenimiento.

    Ejemplos de proyectos de almacenamiento de energía con baterías de iones de litio en la industria y el comercio

    Centro de almacenamiento de energía FPL Manatee: Con una capacidad de 409 MW/900 MWh, el Centro de Almacenamiento de Energía Manatee de FPL, en Florida, es el mayor sistema integrado de baterías solares del mundo. Puede suministrar más de dos horas de electricidad a 329.000 hogares cuando se combina con una instalación solar existente de 74,5 MW. También puede ahorrar a los clientes más de $100 millones al reducir la necesidad de generación con combustibles fósiles.

    Instalación de almacenamiento de energía de Moss Landing, Fase II: Con una capacidad de 400 MW/1.600 MWh, el proyecto Moss Landing Energy Storage Facility, Fase II, en California, es uno de los mayores sistemas de baterías del mundo. Puede abastecer a unos 300.000 hogares durante cuatro horas y está situado en una central eléctrica de gas clausurada. También puede ayudar a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y añadir más energía renovable al sistema.

    Almacenamiento de energía Gambit: Con una capacidad de más de 100 MW/200 MWh, el proyecto Gambit Energy Storage de Texas es otro sistema de baterías notable en Estados Unidos. Es propiedad de Tesla y puede ofrecer servicios a la red, como gestión de frecuencia, soporte de tensión y desplazamiento de carga. Además, puede mejorar la resistencia de la red ante condiciones meteorológicas adversas.

    ¿Cómo calcular el coste del almacenamiento de energía en baterías de iones de litio?

    El coste nivelado del almacenamiento de energía (LCOES), que es la relación entre el coste global del sistema de baterías y la energía total suministrada durante su vida útil, puede utilizarse para determinar el coste del almacenamiento de energía con baterías de litio. El coste inicial, los costes corrientes, la eficacia, la duración del ciclo y la profundidad de descarga de la batería son sólo algunas de las variables que afectan al LCOES.

    Para calcular el LCOES, puedes utilizar esta fórmula:

    LCOES = (Coste inicial + Coste operativo) / (Energía total producida a lo largo del ciclo de vida)

    Conclusión

    Para almacenar y liberar electricidad con gran eficiencia, flexibilidad, escalabilidad, mantenimiento mínimo y respeto al medio ambiente, se utilizan baterías recargables de iones de litio en el almacenamiento de energía.

    Puede almacenar más energía por unidad de volumen o masa que las baterías tradicionales, reaccionar rápidamente a los cambios de demanda o suministro de energía, funcionar en muchos modos, resistir cientos de ciclos y no emitir gases de efecto invernadero ni contaminantes. En conjunto, es una forma excelente de almacenar energía a pequeña o gran escala.

    Producto

    Última publicación

    Vídeo

    es_ESSpanish
    Ir arriba