Tecnologia de bateries i avenços per les xarxes intel·ligents

Els sistemes d'emmagatzematge d'energia són cada vegada més un element clau per a les xarxes intel·ligents. Arriba un moment en què les bateries, en particular, ja estan dominant els dispositius portàtils i els sectors de transport. Val la pena esmentar-los com a dos sectors influenciats per la seva major electrificació, i per l'augment de la flexibilitat que ofereixen als consumidors. Aquesta major flexibilitat és una característica clau per aplicacions de xarxes intel·ligents, on els sistemes d'emmagatzematge poden participar com a sistemes d'energia distribuïda en microxarxes, augmentar la resiliència de l'energia per als consumidors i també canviar el seu paper de consumidors passius a socis actius.

L'emmagatzematge d'energia es considera en gran part, un component clau de les xarxes intel·ligents per la seva capacitat única de adaptar-se a les tecnologies d'energies renovables i de les variacions de càrrega. Si es mira la penetració d'emmagatzematge d'energia (principalment les bateries electroquímiques) en diferents sectors, cada vegada hi una presència més forta. I això no és una predicció futurista, però l'evidència de com les bateries han tingut el potencial d'irrompre en els sectors de comunicació i el transport des del final del segle XIX a través del telègraf i el vehicle elèctric.

Les bateries han transformat la societat cap a una major connectivitat i autonomia personal amb l'ús de dispositius portàtils com telèfons mòbils, tablets, etc. Això ha creat una revolució completa mitjançant el suport no només de les comunicacions a través de trucades telefòniques, sinó també per la connexió ininterrompuda a través dels mitjans de comunicació social. El paper dels consumidors a través d'aquest ha passat de la passivitat a la participació activa. És d'aquesta manera que les xarxes intel·ligents s'alineen amb aquest canvi en el paper del consumidor. La capacitat de les xarxes intel·ligents per comunicar i integrar els consumidors en les operacions diàries com a socis i prenedors de decisions per al seu propi ús de l'energia, és un factor clau per al seu èxit.

L'emmagatzematge d'energia té un interès particular per aplicacions de xarxes intel·ligents. La seva flexibilitat en el suport a les energies renovables, evitant restricció mitjançant l'emmagatzematge d'energia i utilitzar-la més tard per al pic d'afaitar, entre altres capacitats, donar als consumidors la combinació d'una major capacitat de recuperació d'energia, l'eficiència i el benefici econòmic. També es pot utilitzar en conjunt amb altres dispositius d'emmagatzematge d'energia disponibles a la llar, com ara vehicles elèctrics.

Actualment, les noves tecnologies d'emmagatzematge d'energia d'aire comprimit (CAES) dominen el sector, en termes de potència instal·lada. Se centra principalment en la gestió de l'energia de les plantes hidroreversibles. La resta de les tecnologies d'emmagatzematge d'energia, com són principalment les bateries per a les aplicacions kW-MW, estan dominades per la tecnologia basada en sodi-sofre (NAS), plom-àcid avançada (Pb-àcid), de níquel-cadmi (NiCd), tecnologies de ions de liti (Li- ió), i bateries de flux.

Encara que les tecnologies líders i amb base de níquel tenen quota de mercat a causa de la sòlida maduresa de la tecnologia i els costos baixos, és realment, la base de liti amb base de sodi, i les tecnologies de bateries de flux que s'espera que dominin el mercat en el futur. Les bateries de metall líquid, que presenten elèctrodes fosos, tenen el potencial de ser una tecnologia punta a causa del baix cost dels materials i de fàcil muntatge. No obstant això, encara ha de superar un cert temps per arrencar, a causa de la necessitat d'operar a alta temperatura i la seva baixa tensió per cèl·lula.

Les bateries de sodi-sofre (NAS) han tingut una àmplia acceptació per aplicacions de xarxes en diferents escenaris: Suport a les energies renovables, T & D per fer ajornaments d'inversions, etc. per la seva densitat d'energia excel·lent, la capacitat per suportar cicles diaris i alta eficiència de càrrega i descàrrega. No obstant això, el seu funcionament a altes temperatures (per sobre de 300 ° C) i les reaccions corrosives representen una preocupació ambiental en cas de fuita o incendi. S'han realitzat millores en el disseny a prova de fallades dels paquets de bateries per compartimentar encara més i protegir en cas de fuga.

S'espera que les tecnologies basades en liti dominen encara més el mercat d'aplicacions de xarxa com la fabricació a grans quantitats que així redueixi els costos com a objectiu de 100 $ / kWh. En els propers 20 anys, amb els efectes previstos en els EUA l'acord Tesla Giga de la fàbrica a Nevada. Hi ha altres tecnologies amb reptes basats en liti, de manera que han d'afrontar la seguretat i l'impacte ambiental. Les tecnologies de bateries de liti han evolucionat a tecnologies més segures, com LiFePO4. No obstant això, encara hi ha reptes per no comprometre la densitat d'energia i la conductivitat d'ions. Les bateries de liti són especialment sensibles a temperatures superiors a 60°C, que han de ser considerats amb cura en funció de la ubicació i gestió tèrmica.

Les activitats ambientals més importants són la creació d'un programa de reciclatge més complet per a les bateries que han arribat al final de la seva vida. En aquest aspecte en particular, les xarxes intel·ligents poden ser part del procés de reciclatge de bateries de vehicles elèctrics (VE). La reutilització de bateries de VE per a aplicacions de xarxa es coneix com a segona vida, i s'aprofita de la capacitat restant a la bateria. Fins i tot si es considera inadequada per als vehicles elèctrics, que encara pot ser d'utilitat per a aplicacions estacionàries.

Les bateries de flux, que s'aprofiten d'emmagatzemar els reactius per separat en dipòsits, presenten la qualitat única de proporcionar una dissociació entre el poder i l'energia, que és particularment interessant per a aplicacions de xarxa. Hi ha hagut un ampli desenvolupament en les tecnologies de bateries de flux i disponibilitat comercial. Les tecnologies tradicionals, basades en vanadi, ZnBr, polisulfur brom (BPS), etc., han vist un major desplegament comercial. No obstant això, la principal preocupació ambiental és l'eliminació de l'electròlit líquid, que és perillós per la seva naturalesa corrosiva. Els nous desenvolupaments com ZnFe presents, han reduït els costos i els electròlits alcalins no són perillosos.

Tots aquests nous avenços en el disseny de materials han d'anar acompanyats per una major integració a nivell de sistema amb la resta d'elements de la xarxa intel·ligent, mantenint les necessitats dels consumidors. Això requereix enfocaments integrals que incorporen el disseny d'emmagatzematge d'energia amb la resta del sistema, que és escalable i que genera una trajectòria d'ingressos clara, mentre es mantenen a la ment les preocupacions mediambientals i de seguretat.