Revolución Energética: Batería Eléctrica


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Demanda REE
Revolución energética: Las Baterías.

La próxima revolución tecnológica sera cuando de logre desarrollar una batería completamente eficiente. Así cualquier medio de generación de energía podría fácilmente convertir a electricidad y usarse a conveniencia, sin ningún tipo de desperdicio. Hay quienes lo llaman el «enigma del almacenamiento de electricidad».

La masificación de los sistemas de generación con fuentes de energía renovables han generado al menos dos situaciones que deben atenderse:
-La generación excedente que en ocasiones se pierde porque no existe la capacidad eficiente o simplemente es nula para almacenar esta,  y utilizarla en el momento que se requiera.
-La generación que depende de factores no uniformes  (sol, viento, por ejemplo) altera la oferta/demanda uniforme de los sistemas tradicionales, que deben hacer inversiones sustanciales para protegerse de esas fluctuaciones, como conocida «curva del pato».

En cualquier caso como en cualquier sistema de aprovechamiento de la energía hay que tomar en cuenta al menos dos factores:
+la eficiencia de conversión y
+el costo de capital invertido por unidad de almacenamiento de energía para obtener un alto valor de retorno , lo que es conocido como EROI (energy return on energy investment (EROI) ratios )

Así hay dos aplicaciones de almacenamiento de energía acuerdo a la escala:
A gran escala, el almacenamiento en baterías parece estar muy lejos de la comercialización, y por ejemplo en un estudio de la Universidad de Stanford se concluye que el EROI del almacenamiento en baterías es demasiado bajo para que sea una propuesta viable para la energía eólica de todos modos. Por ello el CAES (compressed air energy storage), los imanes térmicos superconductores y el almacenamiento subterráneo de hidrógeno parecen igualmente distantes. Esto deja a la hidroeléctrica de bombeo (pumped hydroelectric storage (PHS) como la única alternativa.
.http://cleantechnica.com/2013/09/13/study-battery-energy-storage-works-for-solar-but-not-wind/
.https://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2013/ee/c3ee41973h
A baja escala, se implementan una gran cantidad de procesos y tecnologías.
Conversión Química: Consiste en la conversión del exceso de electricidad en productos resultantes de procesos químicos.
Una de las principales apuestas es que será a través de la conversión a productos químicos. Esto posee algunas ventajas: relativamente fáciles de almacenar, los costos de inversión de capital pueden ser muy bajos lo que compensaría si principal deficiencia que es la eficiencia de conversión relativamente bajas ( pudiendo ser a los mas entre  40 y 50%.

En amoníaco (NH3):
El amoníaco puede almacenarse muy fácilmente y utilizarse como combustible líquido para el transporte y como combustible para la generación de electricidad.
“El objetivo es producir amoníaco “verde”. Es decir producido mediante energía renovable. El hidrógeno proviene de la electrólisis y el nitrógeno se extrae del aire. Probablemente la eficiencia sea baja y el coste alto. Con la electrolisis se  separar el hidrógeno del oxígeno en las moléculas de agua mediante electrólisis.  El hidrógeno  obtenido se combinaría con nitrógeno extraído del aire (que es 78% nitrógeno) para formar amoníaco a través del conocido y ampliamente utilizado Proceso de Bosch-Haber 
El CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation, Australian Government ) en Australia también está involucrado. Parece ser que pretende usar el amoníaco para la captura de carbono.
Actualmente, el amoníaco mediante el Proceso de Bosch-Haber permite la síntesis industrial de amoniaco a gran escala,y se produce con mayor frecuencia utilizando hidrógeno extraído del metano o el carbón.
Si la electrólisis no puede competir con el gas natural en la generación de hidrógeno, entonces usar el método «verde» es una garantía de costos más altos.  Esto aplica a:
-la «electrólisis continua de alta presión» con eficiencia del 75 al 80 % frente a
-la «electrólisis intermitente» con una eficiencia del 45 % (quizás).
Una eficiencia del 75% para el almacenamiento y
una eficiencia del 70 % para la recuperación de energía.
Lo que se acerca mucho a duplicar el costo de la energía renovable.

el almacenamiento de productos químicos es la solución escalable más probable y un favorito actual son las baterías de flujo donde puede tener un estanque gigantesco de electrolito.
Las baterías de flujo pueden ser mucho mejores que el de conversión química. Considerando el generador eólico si está almacenando energía que de otro modo se desperdiciaría, la eficiencia no importa tanto. Pero aún agrega costos al sistema de entrega; lo que se duplicará siendo conservador.
Se puede lograr lo mismo con la energía nuclear.
El almacenamiento físico (hidráulica bombeada y aire comprimido) tiende a ser energéticamente eficiente pero difícil y costoso de escalar.
El almacenamiento de productos químicos probablemente tendrá una eficiencia de ida y vuelta <<40%.

El Instituto Fraunhofer ha estudiado el  desdoblamiento electroquímico del agua por electrólisis asi como  el de turbinas eólicas para generar gas natural. Pudiera ser esto ultimo una  solución del almacenamiento de energía, pero pudiera no ser economicamente viable.
consulte:
.http://www.brighthub.com/environment/renewable-energy/articles/78303.aspx
https://iquimicas.com
https://www.textoscientificos.com/quimica/amoniaco/produccion
Pagina de CSIRO
.https://www.csiro.au/en/

«Fisker afirma que la batería de estado sólido es un ‘avance’ para autos eléctricos con ‘500 millas de alcance y 1 minuto de carga'» un cargador de 800 amperios. El cable de extensión grande donde la mayoría del servicio eléctrico doméstico es de 200 amperios
.https://electrek.co/2017/11/14/fisker-solid-state-battery-breakthrough-electric-cars/

batería térmica con paneles solares y Sales

una mejor forma de calentar es con una batería térmica. la ubicación de la batería de calor era gratuita. Captó la indirecta y el artículo muestra las pruebas que realizó.
http://sciencenordic.com/trapping-sun%E2%80%99s-energy-%E2%80%94-box

Almacenar calor para cocinar si desplaza la cocina eléctrica ayudará a la red si muchos lo hacen. La cocina solar de hoy tiene como se mencionó un uso bajo y la razón principal es la falta de almacenamiento combinada con la baja temperatura que solo es suficiente para hervir.

Un ejemplo seria
3 paneles de 250 W (3*250 W PV) que con buena luz solar sirven para calentar 2 almacenamientos térmicos a un máximo de 400 C  durante el dia.  El almacenaje debe estar bien aislado, por lo que se puede mantener 300 C al dia siguiente. Cuanto más pequeña es la rejilla, mejor es su potencial y asegura una cocción sin humo. El humo interior es toxico. La recuperación de la inversión siempre puede ser un desafío, pero la eficiencia es mucho mayor que la conversión a electricidad. El costo es similar al GLP (si este no es subsidiado) y funciona 9 meses al año con sol de Escocia.  Se usan para el funcionamiento una seleccion de sales de cambio de fase. Usado con el  excedente del sistemas normal PV  puede resultar en un almacenamiento térmico efectivo.
Esto también se puede usar para enfriar a través de un enfriador de absorción.

A menudo he analizado los números, pero el factor limitante ha sido la escala. La producción independiente es demasiado pequeña. La distribución tiene demasiadas pérdidas. Podría funcionar en un pequeño centro turístico como la instalación. 100-500 unidades.

Archivos Recuperados:

Revolución energética: Las Baterias.
2016.02.24-¿Por qué son peligrosas las baterías de litio en los aviones?.
Riesgo de catástrofe.
Prohibición.
2017.10.07-Atrapando la energía del sol en una caja
2016.04.28-Cómo crearon por accidente una batería que dura toda una vida. 4
2017.02.07-Crean una batería de litio de estado sólido más duradera y sin ries
go de explosiones. 6

2017.02.14-Batería capaz de durar décadas.
2018.11.22-Desarrollar los grandes sistemasde baterías será clave para aumentar las energías renovables 
No siempre sopla el viento ni hace el mismo Sol
¿Qué sistemas de almacenamiento tenemos para solucionar esta situación?.
Las baterías no solo sirven para almacenar energía.
Predicción, regulación y almacenamiento: los retos a abordar.

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2016.02.24-¿Por qué son peligrosas las baterías de litio en los aviones?

BBC Mundo. Tecnología. 24 febrero 2016

Las prueban han demostrado que las baterías pueden incendiarse durante un vuelo.

Ya pasaron un par de décadas desde que las baterías recargables de litio debutaron comercialmente, y aún hoy en día dominan el mercado como la primera elección de energía portátil por sus ventajas, como su durabilidad y ser amigables con el medio ambiente.

Pero estas baterías también acarrean riesgos, especialmente cuando se transportan por vía aérea.

Los expertos piensan que podrían estar detrás de una serie de incendios en aviones de carga en los últimos años.

Es así que la Organización Internacional de Aviación Civil de la ONU (ICAO por sus siglas en inglés) acaba de prohibir el transporte de baterías de ión de litio como carga en aviones de pasajeros.

Riesgo de catástrofe

Las pruebas realizadas hasta ahora por los organismos de aviación han establecido que las baterías de litio pueden autoprenderse y arder con un calor de aproximadamente 600 grados centígrados.

La Agencia Federal de Aviación de EE.UU. cree que estas baterías están vinculados a varios incendios aéreos.

Pruebas separadas también han establecido que las baterías sobrecalentadas pueden desprender vapores que, si se acumulan, pueden dar lugar a explosiones que neutralizan los sistemas de extinción de incendios dejando que los fuegos ardan sin control.

Las pruebas llevaron a Boeing y Airbus a declarar en 2015 que era «un riesgo inaceptable» continuar con el envío de baterías de iones de litio al por mayor.

Ese mismo año, una organización que representa a varios fabricantes de aviones, incluido Boeing, envió un documento a la ICAO indicando que los sistemas contra incendios en los aviones de pasajeros no pueden «suprimir o extinguir un incendio de una cantidad significante de baterías de litio».

La organización explicó que los aviones no pueden manejar las temperaturas particularmente altas de los incendios de litio y la velocidad con la que estos pueden propagarse.

Además, los extintores de fuego halón estándar no son lo suficientemente eficaces contra estos incendios.

Y aunque la mayoría de las baterías de iones de litio son transportadas en barcos de carga, alrededor del 30% son entregadas por transporte aéreo.

La mayoría viajan en las bodegas de los aviones de pasajeros en vez de aviones de carga.

La Administración Federal de Aviación de Estados Unidos (FAA) estima que las compañías aéreas que transportan las baterías de forma masiva a ese país también llevan cerca de 26 millones de pasajeros al año.

Prohibición

En 2013 la línea japonesa ANA varó su flota de aviones Dreamliners debido a un incidente que involucró baterías de litio.

La prohibición de la Organización Internacional de Aviación Civil, que entra en vigor a partir del próximo 1 de abril, no afecta a las baterías contenidas en aparatos electrónicos y dispositivos móviles de los pasajeros, tripulantes de cabina y pilotos en los vuelos comerciales.

El presidente del consejo de OACI, Olumuyiwa Benard Aliu, destacó que la medida seguirá en vigor hasta que el organismo de la ONU ponga en marcha nuevas regulaciones sobre el transporte de baterías en aviones comerciales.

«La seguridad es siempre nuestra prioridad fundamental en la aviación civil internacional. Esta prohibición provisional seguirá en vigor mientras continúa el trabajo separado en la OACI sobre un nuevo estándar de empaquetado de baterías de litio que se espera esté concluido en 2018», dijo Aliu.

https://www.bbc.com/mundo/noticias/2016/02/160224_tecnologia_baterias_litio_peligros_aviones_il

Atrapando la energía del sol — en una caja

¿Planeas cocinar algo en tu choza? Hoy en día, todavía necesita una estufa de gas para hacerlo. Pero pronto, las estufas y hornos que contienen baterías de calor recargables pueden estar disponibles para cualquier cabaña u hogar.

Las celdas solares en el techo de su cabaña pueden proporcionar suficiente energía para un poco de luz y calor, pero si desea suficiente calor para cocinar, debe recurrir a la leña o al gas. Un profesor de NTNU está trabajando en una caja que contiene un horno recargable impulsado por una batería de calor que, con suerte, pronto estará disponible para cabañas y hogares.

Los sistemas de energía «fuera de la red», los sistemas que no están conectados a la red eléctrica nacional, como una cabaña aislada con celdas solares en el techo, requieren buenos métodos de almacenamiento de energía.

La electricidad se puede almacenar en baterías y la energía solar a menudo se almacena como agua caliente. Lo que generalmente falta es calentar baterías con suficiente capacidad y la capacidad de mantener temperaturas lo suficientemente altas para cocinar, alrededor de 200 grados.

“Un disipador de calor como este debería ser parte de cualquier sistema de energía solar disponible para uso personal”, dice el profesor Ole Jørgen Nydal del Departamento de Energía e Ingeniería de Procesos de la NTNU.

La placa está lo suficientemente caliente para cocinar justo cuando quieras usarla, se carga con el excedente de electricidad de las células solares. (Foto: Maren Agdestein/NTNU)
“En este punto, mantener una temperatura lo suficientemente alta durante el tiempo suficiente es realmente solo una cuestión de aislamiento lo suficientemente bueno”, dice, explicando el estado del proyecto. (Foto: Maren Agdestein/NTNU)

En el laboratorio solar de las instalaciones de ingeniería térmica de NTNU, Nydal está trabajando en una caldera que almacena el exceso de energía en forma de calor a unos 200 grados. Esta caldera se puede utilizar para cocinar alimentos tanto en horno como en estufa, o para proporcionar calor a un edificio. Una cabaña, por ejemplo.

Investigación de vanguardia sobre el calor solar

¿Alguna vez has sostenido una hoja de papel bajo una lupa al sol? El papel no tarda mucho en arder. Las fuentes de calor de alta temperatura como esta se utilizan en los llamados concentradores solares.

¿Qué es un concentrador solar? Imagina una construcción parabólica de espejos que concentra los rayos solares en un punto.

Nydal explica que recolectar energía térmica de alta temperatura de los concentradores solares es mucho más efectivo que usar celdas solares o elementos de calefacción.

Por lo tanto, la investigación del calor solar se ha centrado en la integración de sistemas de almacenamiento de calor con concentradores solares. Pero no en este proyecto.

El objetivo de su proyecto actual es encontrar un buen método para almacenar el exceso de carga eléctrica en un disipador de calor.

Al trabajar con una instalación de celdas solares domésticas (o energía eólica/hidráulica a pequeña escala), la idea es recolectar el exceso de energía eléctrica y convertirla en energía térmica de alta temperatura.

Cuando la batería eléctrica conectada a una celda solar está llena, la energía adicional que se produce se dirige al almacenamiento de calor latente para proporcionar energía para cocinar y calentar después de que se pone el sol.

La sal como almacenamiento de calor

Nydal explica que el interior de su batería de calor es una sal de nitrato que se derrite a 220 grados. Esta misma sal se usa a menudo para almacenar y transportar calor en plantas de energía solar a gran escala.

El calor de los elementos calefactores se almacena al derretirse la sal y se libera al enfriarse y volver al estado sólido.

“En este punto, mantener una temperatura lo suficientemente alta durante el tiempo suficiente es realmente solo una cuestión de aislamiento lo suficientemente bueno”, dice, explicando el estado del proyecto.

La estufa que usó como base para el proyecto es una placa de plancha normal que se encuentra comercialmente en los EE. UU., comercializada como una plancha noruega para hacer ‘lefser’, un tipo de pan plano noruego suave.

En su laboratorio en NTNU, Nydal construyó una batería de calor estacionaria alrededor de esta plancha, así como una portátil, para demostrar que su tecnología se puede ampliar.

colaboración africana

La investigación del profesor Nydal sobre calefacción solar ha sido en colaboración con 4 universidades africanas.

Varios candidatos a doctorado de África han visitado el laboratorio de la NTNU, y los estudiantes noruegos han tenido la oportunidad de visitar las universidades africanas.

Los investigadores han investigado varios métodos para capturar y almacenar calor para cocinar, pero el proyecto en curso se centra en los sistemas a base de aceite, así como en los sistemas que incluyen calefacción eléctrica a partir del exceso de producción de energía.

Uno de los incentivos para colaborar con las universidades africanas es crear un concentrador solar conectado a un disipador de calor que se pueda usar para cocinar pan plano injera tradicional etíope.

Este pan es la principal fuente de alimento para 90 millones de personas en Etiopía y se cocina tradicionalmente en hornos de leña.

Sin embargo, el humo del fuego de leña puede ser un peligro para la salud y el método en sí mismo ha llevado a la deforestación. También puede ser costoso y consumir mucho tiempo para las familias.

“Uno de nuestros candidatos a doctorado probó una solución para cocinar injera en un sistema donde un concentrador solar calienta la plancha directamente. Este experimento se copiará en Etiopía”, explica Nydal.

“Entonces veremos si nuestros sistemas realmente serán utilizados por familias en países africanos. No es un hecho que elija una mejor solución tecnológica solo porque existe. Puede haber obstáculos culturales y sociales que superar”.

A Tanzania y de regreso

Nydal quiere continuar con este proyecto durante su año sabático en 2016. Esta primavera, siete investigadores de las universidades colaboradoras en Etiopía, Tanzania, Uganda y Mozambique visitaron la NTNU.

Dos estudiantes de maestría de NTNU realizaron estancias de investigación en Etiopía. El objetivo era crear una buena colaboración, para que los sistemas en los que han estado trabajando puedan desarrollarse y presentarse en las universidades, y ponerse a disposición de los usuarios en ambos extremos.

El sistema de batería de calor se probará en un hospital en Tanzania que está programado para instalar celdas solares en su techo. La energía de la red en esa área a menudo está racionada y no es confiable, explica Nydalen.

“Cuando nuestra batería de calor haya sido probada en África, podemos traerla de vuelta y convertirla en algo que pueda interesar a los propietarios de cabañas noruegas”, dijo.

“En el futuro, esperamos que cualquier superficie expuesta pueda usarse para recolectar energía. Por lo tanto, tiene sentido tratar de recolectar el exceso de energía eléctrica y almacenarla como energía térmica de alta temperatura para nuestros hogares también”.

colaboradores africanos

Instituto de Tecnología de Etiopía-Mekelle, Etiopía
University of Dar Es Salaam, Tanzania
Universidad de Makerere, Uganda,
Universidad Eduardo Mondlane, Mozambique

.https://partner.sciencenorway.no/energy-forskningno-norway/trapping-the-suns-energy–in-a-box/1438275

2016.04.28-Cómo crearon por accidente una batería que dura toda una vida

Redacción BBC Mundo. 28 abril 2016

La estudiante de doctorado Mya Le Thai estaba «jugueteando» con los nanocables cuando decidió colocarles una capa de gel.

Crear una batería que dure toda una vida parecía difícil de lograr, aunque un grupo de investigadores estadounidenses lo consiguió.

Lo que más llama la atención es que todo fue fruto de un accidente.

Científicos de la Universidad de California, en Irvine, Estados Unidos, estaba buscando una forma de sustituir el litio líquido de las baterías por una opción más sólida y segura (las baterías de litio son extremadamente combustibles y muy sensibles a la temperatura) cuando dieron con esta batería 400 veces más eficiente que las actuales.

Empezaron a experimentar con nanocables de oro recubiertos con un gel de electrolitos y descubrieron que eran increíblemente resistentes. La batería podía seguir trabajando de forma efectiva durante más de 200.000 ciclos de carga.

Durante mucho tiempo, los científicos han experimentado con nanocables para baterías.

Esto se debe a que son miles de veces más delgados que el cabello humano, altamente conductores y cuentan con una superficie amplia para el almacenamiento y transferencia de electrones

Hoy en día, la mayoría de nuestros dispositivos inteligentes cuentan con baterías de litio líquido.

El problema estaba en que estos filamentos son extremadamente frágiles y hasta ahora no aguantaban la presión de carga y descarga.

Pero un día la estudiante de doctorado Mya Le Thai decidió colocar en estos delicados hilos una capa de gel.

«Mya estaba jugueteando y lo cubrió todo con una un fina capa de gel antes de empezar el ciclo», explicó Reginald Penner, consejero de departamento de química la Universidad de California en Irvine.

«Descubrió que tan solo usando este gel (de electrolitos) podía someterlos a ciclos (de carga y descarga) cientos de miles de veces sin que perdiera su capacidades».

Y lo hizo durante tres meses.

El problema del oro

«Esto es increíble porque estas cosas típicamente mueren dramáticamente tras 5.000 o 6.000 ciclos, 7.000 como mucho», agregó

Penner le contó a la revista Popular Science que cuando empezaron a probar los dispositivos, se dieron cuenta que no iban a morir.

Los expertos piensan que la efectividad de la batería de Irvine se debe a que la sustancia viscosa plastifica el óxido metálico en la batería y le da flexibilidad, lo que evita el agrietamiento.

«El electrodo revestido mantiene su forma mucho mejor, lo que lo hace una opción más fiable», explicó Thai.

La batería de Irvine es 400 veces más eficiente que una de litio.

«Esta investigación prueba que las baterías con nano cables de oro pueden tener una vida larga y que son una realidad», agregó.

Según el estudio, tras someter la batería a 200.000 ciclos, esta solo perdió el 5% de su carga.

Sin embargo, todavía queda un camino largo por recorrer antes de empezar a ver estas baterías en nuestros celulares.

Por muy delgados que sean estos filamentos, son de oro, lo que hace que las batería sean demasiado caras para fabricarse en masa.

Para solucionar este problema, Penner sugirió aPopular Science la posibilidad de remplazar el oro por un metal más común como el níquel.

http://www.bbc.com/mundo/noticias/2016/04/160428_ciencia_bateria_infinita_gtg

2017.02.07-Crean una batería de litio de estado sólido más duradera y sin riesgo de explosiones

Gracias al uso de un nuevo compuesto, el sulfuro de litio, la duración de carga y la vida útil de las baterías de los dispositivos electrónicos podrían experimentar un antes y un después

EUROPA PRESS – abc_tecnologia Madrid07/02/2017 15:33h – Actualizado: 07/02/2017 15:35h.Guardado en: Actualidad Soluciones

Un equipo de científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) ha desarrollado un innovador sistema que podría revolucionar el mercado de las baterías de litio. Gracias al uso de un nuevo compuesto, el sulfuro de litio, la duración de carga y la vida útil de las baterías de los dispositivos electrónicos podrían experimentar un antes y un después.

El grupo de investigadores, dirigido por Frank McGrogan y Tushar Swamy, ha publicado los resultados de su investigación en la revista «Advanced Energy Materials». El estudio aspira a mejorar las baterías, uno de los elementos que más preocupan a los usuarios de »gadgets» desde «smartphones» a coches inteligentes, tanto por la duración de las cargas como por su vida útil o incluso el riesgo de incendio, que ya probó el caso del Samsung Galaxy Note 7.

La gran innovación que presenta el estudio del MIT con respecto a las baterías de ion de litio utilizadas actualmente se centra en el uso de un elemento sólido para conducir la electricidad: el sulfuro de litio. Hoy en día, las baterías de litio incluyen un líquido o gel electrólito, necesario para el funcionamiento de la batería pero que acaba desembocando en la degradación de la misma. Además, al tratarse de un líquido inflamable, es el responsable de que a veces se produzcan cortocircutos dentro de la batería o que ésta se incendie o, incluso, explote.

Las baterías de estado sólido del MIT podrían porporcionar un gran número de beneficios con respecto a las actuales, según las conclusiones del estudio. Además de eliminar el riesgo de explosiones, este nuevo sistema permitiría proporcionar una capacidad de almacenamiento de energía mayor y una vida útil mayor de la batería.

El descubrimiento de los científicos del MIT sigue la línea de otra investigación realizada en la Universidad de Stanford en el año 2010 que empleaba también el sulfuro de litio en las baterías. A pesar de la innovación, el estudio de Stanford presentaba un problema: que la duración de la batería alcanzaba tan sólo 40 o 50 ciclos de carga frente a los 300 o 400 de las del mercado.

La batería sólida del MIT ha solucionado el problema de durabilidad que tenían las del estudio de Stanford, pero sigue presentando un notable inconveniente: es muy frágil. Ante el estrés del uso, la batería puede «romperse como un cristal», según palabras de los propios investigadores. «En las baterías sólidas, la degradación mecánica probablemente regulará la estabilidad y la durabilidad», ha declarado a la web del MIT el experto de la Universidad de Michigan Jeff Sakamoto.

Pese a todo, el avance podría acabar aplicándose en los dispositivos siempre que se proteja la batería de forma suficiente. «Es necesario diseñar en torno a ese conocimiento», ha afirmado Frank McGrogan, autor del estudio, a la web del MIT.

http://www.abc.es/tecnologia/informatica/soluciones/abci-crean-bateria-litio-estado-solido-mas-duradera-y-sin-riesgo-explosiones-201702071533_noticia.html

2017.02.14-Batería capaz de durar décadas

Tue, 14/02/2017 – 09:56

Un grupo de investigadores ha diseñado un prototipo de pila de flujo, es decir, recargable, de larga duración que permitiría, en un futuro alargar la autonomía de los «smartphones»

Los investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS) de Harvard han diseñado un prototipo de batería de flujo, es decir, recargable, capaz de aguantar diez años, que no es tóxica ni corrosiva. Sin duda, una gran avance que permitiría, en un futuro, alargar la autonomía, por ejemplo, de los «smartphones».

El carbón, el petróleo y el gas son, en la actualidad, los combustibles fósiles con los que se generan principalmente energía. Y, además, son recursos no renovables. Sin embargo, esta nueva batería genera energía limpia gracias a una combinación de moléculas orgánicas disueltas en agua con pH neutro. «Esta nueva química permite una batería no tóxica ni corrosiva, con una vida útil excepcionalmente larga que, además, permite disminuir significativamente los costes de producción», indican los expertos.

La clave de esta batería está en la base de agua. Es decir, los científicos modificaron las estructuras de las moléculas utilizadas en las soluciones, haciéndolas solubles en agua. Así, el equipo de Harvard fue capaz de diseñar una batería que pierde sólo un 1% de su capacidad por cada 1000 ciclos.

«Las baterías de iones de litio (las que se actualizan en la actualidad) ni siquiera sobreviven a 1.000 ciclos completos de carga/descarga», recuerda Michael Aziz, uno de los investigadores. Cualquier dispositivo, que utiliza baterías de litio, con el tiempo presenta problemas tras muchos ciclos de carga y descarga: la pila es cada vez menos duradera y hay que estar continuamente cargándola. «Debido a que pudimos disolver los electrolitos en agua con pH neutro, esta es una batería de larga duración que podrías poner en tu sótano», señala, por su parte, Roy Gordon, otro de los investigadores, ya que no supone peligro alguno.

«Este trabajo sobre los electrolitos orgánicos solubles acuosos es de gran importancia al señalar el camino hacia futuras baterías con una vida de ciclo enormemente mejorada y un coste considerablemente menor», ha declarado Imre Gyuk, Director de Investigación de Almacenamiento de Energía en la Oficina de Electricidad del DOE. «Espero que las baterías de flujo de larga duración sean estándar como parte de la infraestructura de la red eléctrica».

El objetivo del DOE es construir una batería capaz de almacenar energía por menos de 100 dólares por kilovatio hora, consiguiendo así que el viento y la energía solar almacenados fueran competitivos con la energía producida por las centrales eléctricas tradicionales.

http://www.abc.es/tecnologia/informatica/soluciones/abci-bateria-capaz-durar-decada-201702132157_noticia.html?ns_campaign=rrss&ns_mchannel=abc-es&ns_source=fb&ns_linkname=cm-general&ns_fee=0

2018.11.22-Desarrollar los grandes sistemas de baterías será clave para aumentar las energías renovables

22 Noviembre 2018/ Rubén Lijó @rubenlijo

Con el aumento de la actividad industrial, el consumo y el nivel de confort han dado lugar a niveles desorbitados de contaminación. Gran parte de ella la causan las emisiones procedentes de la industria, en la que las tecnologías de generación eléctricas convencionales tiene un papel importante, aunque desde hace unas décadas el boom de las renovables pretende frenar el avance de esta situación.

Sin embargo, las limitaciones propias de la tecnología renovable hacen imposible llegar a porcentajes completamente renovables en la actualidad o el futuro próximo. Hablamos de cuestiones tales como la disponibilidad de energía o la aportación de servicios de regulación, sin los que no se puede garantizar el adecuado suministro de electricidad.

Los grandes sistemas de almacenamiento energético se presentan como una prometedora solución a muchas de estas cuestiones, pero aún queda mucho por andar en este campo. Veamos a continuación cuáles son los principales retos a los que nos enfrentamos.

No siempre sopla el viento ni hace el mismo Sol

El consumo energético es, por su naturaleza, variable. Si bien hay unos patrones de consumo en cierta medida predecibles, en nuestro día a día hacemos uso de la energía procedente de la red sin ningún tipo de restricción horaria o planificación impuesta.

Conjuntamente, el operador del sistema eléctrico verá cómo los consumos procedentes de industria y hogares tendrán una distribución con valles y picos. Los picos se producen en las horas punta, coincidentes con las de mayor actividad en empresas y hogares, y los valles se darán fundamentalmente durante la noche.

Demanda real, prevista y programada para el día 9/11/2018 (REE)

Para ajustarnos a esta demanda variable será necesario disponer de sistemas gestionables, que son capaces de reaccionar de manera instantánea a los excesos o defectos de carga. Y como el viento no sopla de manera constante y al sol hay veces que lo tapan las nubes, tenemos en esta variabilidad uno de los principales condicionantes que han tenido las renovables desde sus orígenes.

Sabemos que la generación y el consumo deben estar en constante equilibrio para mantener los niveles de frecuencia. Teniendo en cuenta los patrones variables de consumo, necesitamos depender de un suministro energético controlable. Es en este punto en el que el almacenamiento energético tiene uno de sus papeles más importantes para ayudar a la integración renovable, ya que puede conseguir convertir una fuente no gestionable como la eólica o la solar en una fuente gestionable.

Hemos contactado con Dr. Elías Jesús Medina Domínguez, experto en integración de energías renovables en sistemas eléctricos, para hablar acerca de estos asuntos. “Dado el funcionamiento de los sistemas eléctricos, que requieren una generación estable y controlable de la energía que se produce en ellos, esta variación de la producción de energía eléctrica puede representar una barrera técnica para la integración de las energías renovables en los sistemas eléctricos”, nos cuenta.

La variación en la generación de energía renovable puede representar una barrera técnica para su integración en los sistemas eléctricos.

Inicialmente, con la instalación de los primeros parques eólicos y las primeras fotovoltaicas conectadas a la red, las fluctuaciones del recurso renovable apenas afectaban a los parámetros de los sistemas eléctricos. Sin embargo, a medida que va aumentando el porcentaje de penetración renovable ya se comienzan a apreciar los efectos.

Hablando de cifras, Elías nos cuenta que “la experiencia en Europa muestra que el límite se encuentra en un 20 % de penetración eólica, a partir del cual es necesario tomar medidas adicionales”. Algo similar ocurre en el caso de la energía solar inyectada en el sistema eléctrico, aunque aún está lejos de acercarse a los porcentajes de generación eólica.

Por otra parte, cabe mencionar que la energía hidroeléctrica sí que es equiparable a las convencionales en gestionabilidad y aportación de servicios de regulación.

Esto se debe a que disponen de una reserva de agua que podrán turbinar cuando sea preciso para accionar generadores eléctricos síncronos (como los que operan en las centrales convencionales). Se trata de una de las grandes bazas con las que cuentan algunos de los sistemas eléctricos con alta integración renovable, como es el caso de Uruguay o España. Pero la creación de centrales hidroeléctricas depende de condiciones orográficas muy específicas y también tiene un alto impacto ambiental que debe ser considerado.

¿Qué sistemas de almacenamiento tenemos para solucionar esta situación?

Ahora bien, ¿qué pasa con la entrada en escena de los sistemas de almacenamiento energético? El Dr. Medina nos cuenta que con sistemas basados en baterías o centrales hidroeléctricas reversibles “se puede adsorber la energía proveniente de fuentes renovables y ceder esa energía posteriormente cuando sea más adecuado para el sistema eléctrico. De este modo”, asegura, “los sistemas eléctricos reciben una energía más estable generada por las fuentes renovables”.

Hay diversas tecnologías de almacenamiento energético a gran escala y cada una tiene un papel clave a la hora de cubrir distintas necesidades. Según el campo de aplicación encontramos tres casos generales: almacenamiento para la mejora de la calidad del suministro, almacenamiento de emergencia y almacenamiento para la gestión de la red.

En el primer caso, por ejemplo, la calidad del suministro eléctrico se puede mejorar con sistemas que cedan la energía acumulada en cuestión de segundos. Este es el caso de los supercondensadores que, con hasta un 95% de eficiencia y apenas un 5% de pérdidas por autodescarga diaria, son capaces de almacenar una densidad de energía inusualmente elevada.

Por otra parte, el almacenamiento de emergencia está pensado para aportar energía activándose en cuestión de minutos y permaneciendo en operación para asegurar la continuidad del suministro. Este es el caso, por ejemplo, de sistemas cinéticos como volantes de inercia acoplados a generadores, que permiten un almacenamiento de energía a corto plazo con rendimientos de hasta el 85%.

Sin embargo, al ser sistemas mecánicos, esta cifra cae hasta un 40% tras apenas un día de almacenamiento debido a las pérdidas por fricción. La energía cinética que almacenan está pensada para ser devuelta a través de generadores como apoyo ante cambios bruscos en la demanda eléctrica.

Pero, sin duda, el principal punto de mira del sector está puesto en sistemas que permitan el almacenamiento prolongado de grandes cantidades de energía y sean capaces de cederla de manera paulatina para dar apoyo a la propia gestión de la red. Este es el tipo de almacenamiento energético que permitiría recoger la energía renovable para posteriormente emplearla de forma gestionable. Hablamos de centrales hidroeléctricas reversibles, centrales de aire comprimido o, lo que está en boca de todos, grandes sistemas de baterías.

Dentro de las baterías tenemos varios tipos, aunque las más populares son las Plomo-ácido, las baterías basadas en Níquel y las baterías de Litio. Además, desde hace unos años están avanzando rápidamente en la carrera las baterías de flujo, diseñadas específicamente para aplicaciones de gran capacidad energética. Están pensadas para operación a largo plazo, con un servicio de hasta 10.000 ciclos al 75% de profundidad de descarga. Hay cuatro diseños principales de baterías de flujo, que varían en función de sus componentes, siendo la basada en vanadio la que llega a una mayor eficiencia con una cifra del 85%.

Las baterías no solo sirven para almacenar energía

Pero, además de utilizar las baterías para poder almacenar grandes cantidades de energía, pueden también servirnos de ayuda a la hora de complementar algunas de las debilidades de las energías renovables. “Al contar con moderna electrónica de potencia pueden proporcionar servicios de regulación, especialmente necesarios en sistemas eléctricos con alta penetración de energías renovables”, nos cuenta Elías al respecto.

Los servicios de regulación que podrían proporcionar las baterías son los de control de frecuencia y control de tensión.

“Básicamente, los servicios de regulación que podrían proporcionar los sistemas de almacenamiento constituidos por baterías son los de control potencia-frecuencia y control de la tensión”. En el caso del control de tensión, los generadores son capaces de controlar las variaciones de este parámetro gracias a la aportación o consumo de potencia reactiva (que es la asociada a los campos magnéticos).

Por otra parte está el control potencia-frecuencia, en el que será necesario adecuar la generación de potencia activa para mantener los niveles de frecuencia del sistema eléctrico dentro de los márgenes dictados por el operador del sistema. En el caso de los países con influencia europea, sus sistemas eléctricos trabajarán en torno a los 50 Hz de frecuencia, mientras que este valor estará en torno a los 60 Hz en países con influencia estadounidense.

Se trata de servicios fundamentales para que el suministro energético pueda asegurar unos estándares de calidad. Sin embargo, en la carrera por el aumento de renovables nada es, por sí solo, suficiente. Muchos factores y retos tecnológicos intervienen en la consecución de este objetivo y únicamente con un esfuerzo coordinado se conseguirán dar los pasos necesarios.

En paralelo al desarrollo de las baterías para sistemas de potencia y su participación en este tipo de servicios de regulación, también desde la propia industria de generadores renovables se plantean soluciones. Este es el caso de fabricantes de aerogeneradores e inversores fotovoltaicos, que llevan presentando al mercado sistemas con los que se aumentan las capacidades de control.

Por ejemplo, nos cuenta Elías que “existen aerogeneradores capaces de proporcionar cierto control de la potencia que generan así como también son capaces de realizar un control de la tensión en su punto de conexión a la red eléctrica”.

De esta manera, desde la propia generación podría contribuirse a la aportación de estos servicios auxiliares, en cierta medida, además del apoyo que puedan darse desde grandes sistemas de baterías en otros puntos de la red. Pero no acaba aquí, sino que “también están siendo dotados de la capacidad de recibir instrucciones de control por parte de las compañías encargadas de controlar el sistema eléctrico”.

Predicción, regulación y almacenamiento: los retos a abordar

De esta manera, con los distintos sistemas de regulación desde los propios generadores y, con apoyo de baterías, se pretende maximizar la participación de las energías renovables en las necesidades del sistema eléctrico.

Además, con la progresiva instalación de grandes sistemas de almacenamiento se podrán reservar los excedentes que no puedan ser inyectados a la red, con lo que evitaremos tener máquinas paradas aun teniendo disponibilidad de recurso. Pero, como bien apuntaba el Dr. Medina, se trata de una tecnología en desarrollo a la que aún se continúan añadiendo nuevas capacidades.

Si bien el aumento de energías renovables en nuestros sistemas eléctricos debería ser la meta a seguir en este sector, ya hemos visto que se tienen que mantener los criterios fundamentales de estabilidad y calidad de la energía. Además, es fundamental garantizar un coste razonable de los sistemas eléctricos y es precisamente este punto en el que flaquea el estado actual de las baterías a gran escala. Los sistemas de almacenamiento energético en baterías son aún muy costosos y tienen una vida útil reducida.

Pero falta hablar de un concepto fundamental para completar las áreas claves de actuación en la búsqueda de la maximización renovable: la capacidad de predicción del recurso. Se están desarrollando herramientas de predicción que, cuenta Elías, “permiten determinar qué potencial renovable se tendrá en un futuro inmediato. Esto nos revelará la cantidad de energía eléctrica generada por fuentes renovables de la que podremos disponer”.

Un aspecto clave, sin duda, a tener en cuenta en la operación del sistema eléctrico. “Contar con esa información permitiría realizar una mejor gestión del sistema eléctrico con generación renovable, pudiendo integrarse y gestionarse mejor”.

Además, mirando al futuro también comienza a trabajarse en la gestión activa de la demanda. Si bien tradicionalmente la generación se ha ajustado a las variaciones del consumo, ahora encontramos que hay generación gestionable y generación no gestionable. Ciertos consumos que puedan activarse y desactivarse de manera controlada, como por ejemplo ocurre con desaladoras, podrán adaptarse a la generación variable de las renovables.

De esta manera podríamos también aprovechar esos excedentes de generación con consumos que sí puedan adaptarse a la disponibilidad del recurso renovable, coexistiendo sectores en los que quien se adapta es la carga y otros en los que la carga será la que determine la adaptación del suministro. Esto, además, tendrá un impacto positivo a la hora de repartir la respuesta ante congestiones en la red entre generación y consumo.

Predicción, regulación y almacenamiento. En esas tres ideas se resumen las necesidades a cubrir para, progresivamente, conseguir disponer de sistemas eléctricos cada vez más limpios. Y aunque el camino parezca estar claro basándonos en estos conceptos, se trata de una carrera de fondo en la que los condicionantes de la técnica y el coste de los dispositivos hacen que ese ideal 100% renovable esté más lejos de lo que deseamos.

.https://www.xataka.com/energia/desarrollar-grandes-sistemas-baterias-sera-clave-para-aumentar-energias-renovables

Las eléctricas de siempre son las que te quieren vender las placas solares de casa, incluso para autoconsumo
.https://www.xataka.com/empresas-y-economia/electricas-siempre-que-te-quieren-vender-placas-solares-casa-incluso-para-autoconsumo

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enfriador de absorción

Este sistema de enfriamiento usa calor en lugar de electricidad para enfriar algo.
Usos: enfriamiento de la planta de fabricación, Uso del calor desperdiciado.
Tipos: solares, de agua, de gas y de bromuro con vapor.
Proceso: Similar al utilizado por los sistemas de aire acondicionado convencionales.
Contiene compresor, condensador y evaporador dentro del sistema.
(1)El refrigerante, normalmente Freon®, se somete a presión y acumula calor en el compresor.
(2)A medida que aumenta la presión y el calor, el líquido se convierte en un gas de vapor.
(3) El gas se mueve al condensador donde el calor se disipa y se convierte nuevamente en líquido.
(4)El líquido enfriado se dirige al evaporador, donde se convierte en gas y extrae calor del aire;
(5) Los ventiladores envían aire frío al interior del edificio.
(6) El gas pasa del evaporador al compresor y el proceso comienza de nuevo.
(*7)En los sistemas de aire acondicionado tradicionales, este proceso se logra con el uso de una bomba eléctrica.

En un enfriador de absorción solar,
los paneles solares se colocan en el techo de un edificio para recolectar el calor del sol.
El calor almacenado se usa luego para calentar el líquido en el sistema de aire acondicionado.
A medida que el líquido se calienta, se convierte en vapor y fluye a través del sistema de la misma manera que los sistemas convencionales.
La principal diferencia es que en lugar de utilizar una bomba eléctrica, el sol calienta el líquido.
En un enfriador de absorción de gas,
la bomba funciona con una línea de gas natural conectada al sistema.
Cuando el sistema está encendido, el gas natural activa la bomba para que fluya refrigerante a través del compresor.
Estos sistemas funcionan de manera más eficiente que los sistemas de aire acondicionado eléctricos, pero aún son más costosos de operar que las variedades solares.
En áreas donde la luz solar no está disponible durante períodos de tiempo prolongados, se usa con mayor frecuencia un enfriador de absorción de gas.

En un enfriador de bromuro con absorción de vapor,


-El refrigerante es agua en lugar de Freon®.
-El sistema también contiene una sustancia salina, generalmente en forma de bromuro de litio.
-El calor de una bomba generadora hace que el agua se separe del bromuro de litio y se convierta en vapor.
En El Evaporador:
(0) Cuando el refrigerador funciona, el cuerpo principal está en estado de vacío.
(1) A medida que el vapor sube al absorbedor (con el agua refrigerante a baja temperatura absorbe el calor) y se enfría el vapor,
(2)El vapor refrigerante (*del generador) en el evaporador se vuelve a mezclar con la solución concentrada del bromuro de litio, se convierte en una solución diluida y se vuelve significativamente más frío. Esto se debe a la extrema presión atmosférica dentro del absorbedor.
(3) En condiciones normales, el agua se vaporiza a 212 ° F (100 ° C), pero dentro del absorbedor, el agua puede vaporizarse a tan solo 46 ° F (8 ° C). Esta baja temperatura permite que el agua se enfríe rápidamente a medida que sale del absorbedor.
(4) El agua enfriada luego se mueve a través del evaporador, donde los ventiladores enfrían el aire que fluye sobre los serpentines del evaporador que contienen el agua enfriada y sale al edificio.
(5)Bajo la acción de la bomba de solución, la solución diluida es calentada por el intercambiador de calor de la solución y finalmente enviada al generador para su calentamiento.
La figura siguiente es el diagrama de flujo de agua caliente de absorción de bromuro de litio chiller. La solución diluida será transmitida por la bomba de solución, entonces entrar en el generador calentadas por intercambiador de calor. La solución diluida en el generador de alta presión deberá ser calentado por el agua caliente que circula en los tubos para producir vapor de refrigerante y la solución será condensado. El vapor de refrigerante entrará en el condensador y enfriado por agua de refrigeración que fluye en los tubos, y el agua refrigerante se reunieron en el condensador entrará en el evaporador estrangulando. A causa de baja presión en el evaporador, se evaporará, absorbiendo el calor de agua fría que circula en los tubos, bajar la temperatura de agua fría y la refrigeración se realiza.

En el generador,
(1) La solución diluida se calienta con agua caliente a alta temperatura para convertirse en una solución concentrada a alta temperatura;
(2) Al mismo tiempo, se genera una gran cantidad de vapor refrigerante a alta temperatura.
(3) La solución concentrada ingresa al absorbedor después del intercambio de calor con la solución diluida del absorbedor a través del intercambiador de calor de la solución.
(4) Al mismo tiempo, el vapor refrigerante generado ingresa al condensador y se enfría para convertirse en agua refrigerante a baja-temperatura. El agua refrigerante ingresa al evaporador después de la despresurización y el estrangulamiento, para completar un ciclo de refrigeración
En el Chiller: Por otro lado, la solución concentrada en la salida del generador de alta presión pasará a través del intercambiador de calor y entrar en absorbente para absorber la baja temperatura de vapor de refrigerante desde el evaporador y el evaporador en estado de baja presión, así como el proceso de refrigeración en curso. La concentración de solución concentrada deberá reducirse una vez que la absorción de vapor de refrigerante. A continuación, deberá entrar en generador por bomba de solución. Lo anterior permite la circulación repetida constantemente el evaporador de baja temperatura de salida de agua fría para el funcionamiento de la refrigeración de aire acondicionado o técnicas de producción.

Baterias de Flujo:

Una batería de flujo es un tipo de batería recargable donde la recarga es proporcionada por dos componentes químicos, disueltos en líquidos contenidos dentro del sistema y separados por una membrana. El intercambio de iones (que proporciona flujo de corriente eléctrica) se produce a través de la membrana, mientras los dos líquidos circulen en su propio espacio respectivo. El voltaje de la celda (pila/batería) se determina químicamente por la ecuación de Nernst y rangos, en aplicaciones prácticas, desde 1.0 a 2.2 voltios.

Una batería de flujo es técnicamente similar tanto a una pila de combustible, como a una celda electroquímica (reversibilidad electroquímica). Aunque tiene ventajas técnicas, tales como depósitos de líquidos separables potencialmente y casi longevidad ilimitada sobre la mayoría de las pilas recargables convencionales, las implementaciones actuales son relativamente menos poderosas y requieren una electrónica más sofisticada.

Aplicaciones

  • Regulación de frecuencia de la red eléctrica.
  • Almacenamiento de energía de fuentes renovables, tales como energía solar y energía eólica.
  • Vehículos eléctricos -. En principio, las baterías de flujo pueden ser rápidamente «recargadas», sustituyendo el electrolito.2

El diseño de las baterías de flujo se encuentra sujeto a los principios de la ingeniería electroquímica

Referencias

Arenas, L.F.; Ponce de León, C.; Walsh, F.C. (June 2017). «Engineering aspects of the design, construction and performance of modular redox flow batteries for energy storage». Journal of Energy Storage 11: 119-153. doi:10.1016/j.est.2017.02.007.

«Electric Vehicle Refuelling System (EVRS) used in conjunction with Vanadium Redox Flow Technology». REDT Energy Storage. Archivado desde el original el 6 de diciembre de 2013.

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