Sistemas de almacenamiento de energía

Hector Beltran San Segundof2e

Castelló, 28 de juny de 2016

Contenido:• ¿Se puede almacenar la electricidad?

• Tipos de almacenamiento

• ¿Por qué ahora?

2/16

¿Se puede almacenar la electricidad?

3/16

¿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).

1800

4/16

Tipos de almacenamiento

Clasificación

5/16

Tipos de almacenamiento

Sistemas Mecánicos

Pumped-Hydro Energy Storage (PHES)

Compressed Air Energy Storage (CAES)

Flywheel Energy Storage Systems (FESS)

2·21 IE )·(· 21 hhgmE kJ/m³ of gas )/P(Pln100 21E

6/16

Tipos de almacenamientoSistemas Mecánicos

Las vagonetas empieza a producir electricidad conforme la gravedad hace

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

Advanced Rail Energy Storage (ARES)

7/16

Tipos de almacenamiento

Sistemas Electromagnéticos

Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES)

Capacitors &UltraCapacitors (UC)

8/16

Tipos de almacenamiento

Sistemas Electroquímicos

9/16

Baterías (BESS)

Lead Acid – Plomo ácidoNickel Cadmium y Nickel Metal Hydride

Lithium Ion – Iones de litio

Selladas y con ventilación

Sodium Sulfur & Zebra Batteries

Tipos de almacenamiento

Sistemas Electroquímicos

10/16

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

Electroch.

Equivalent Ah/g

Theoretical voltage versus O2

Theoretical specific energy kWh/kg

Actual operating voltage V

Li 3.86 3.40 11.14 2.4-3.1Zn 0.82 1.65 1.35 1.0-1.2Al 2.98 2.70 8.10 1.1-1.4Ca 1.34 3.40 4.18 2.0Mg 2.20 3.10 6.46 1.2-1.4Fe 0.96 1.30 1.20 1.0

Baterías (BESS)

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 H2 45 60 to 100 50-250

AFC PotassiumHydroxide

Platinum/Palladium

Platinum/GoldH2 70 80 to 100 0.3-12

PAFC Phosphoric Acid Platinum H2 40 150-200 200

MCFC

Potassium, Sodium or

Lithium Carbonate

Mostly Nickel H2/CO2 60 600-1000 10-2000

SOFC Solid Zirconium Oxide

Variety of nonprecious metals H2 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)

11/16

Tipos de almacenamiento

Sistemas Térmicos

Sistemas de sales fundidas asociados a plantas termosolares (TEES)

Sistemas de frío Industrial

12/16

Tipos de almacenamiento

Resumen y comparativa

ES technology Powercapacity

Energycapacity

Responsetime

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 Commercial/prototypesDepends on spin speed

Superconducting Magnetic 0.01 – 10MW Up to 30 min Immediately 95 30 years Commercial/research

Depends on rangeUltracapacitors Up to 1MW Up to 1 min Immediately 85 – 98 10 years Commercial

Lead AcidBattery 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 yearsCommercial

Sodium Sulfur Battery 0.05 – 50MW Several

100MWh Few seconds 75 – 89 2500 cyclesUp to 15 years Commercial

Lithium Ion Battery 0.001 – 0.5MW Several MWh Milliseconds 90 – 95 20000 cycles Commercial/under

developmentVanadium Redox

Flow Battery 0.05 – 3MWs Several MWh Milliseconds 70 – 85 10000 cycles,7 – 10 years

Improved prototypes in test/ Commercial

ZnBrFlow Battery Up to 1MW Less than 4h Milliseconds 75 2000 cycles Improved prototypes in

test/ CommercialPSB

Flow Battery Up to 15MW Less than 20h Milliseconds 60 – 75 2000 cycles Improved prototypes in test/ Commercial

Air-metalBatteries

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 Improved prototypes in test/ Commercial

Thermoelectric systems 1MW – 100MW 2 – 800MWh Sec. to min. 30-70 20 years Commercial

13/16

¿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.

o Operación del sistema eléctrico.

14/16

¿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.

15/16

¿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.

16/16

17/16