Nos últimos 50 anos, houbo un aumento continuo do consumo mundial de electricidade, cun uso estimado de preto de 25.300 terwatt-horas no ano 2021. Coa transición cara á industria 4.0, hai un aumento das demandas de enerxía en todo o mundo. Estes números están aumentando cada ano, sen incluír os requisitos de enerxía dos sectores industriais e outros económicos. Este cambio industrial e o consumo de alta potencia únense a efectos de cambio climático máis tanxibles debido ás emisións excesivas de gases de efecto invernadoiro. Actualmente, a maioría das plantas e instalacións de xeración de enerxía dependen bastante das fontes de combustible fósil (petróleo e gas) para satisfacer esas demandas. Estas preocupacións climáticas prohiben a xeración de enerxía adicional mediante métodos convencionais. Así, o desenvolvemento de sistemas de almacenamento de enerxía eficientes e fiables fíxose cada vez máis importante para garantir un subministro continuo e fiable de enerxía a partir de fontes renovables.

O sector enerxético respondeu dirixíndose cara ás enerxías renovables ou ás solucións "verdes". A transición foi axudada por técnicas de fabricación melloradas, o que leva por exemplo a unha fabricación máis eficiente de láminas de aeroxeradores. Ademais, os investigadores puideron mellorar a eficiencia das células fotovoltaicas, dando lugar a unha mellor xeración de enerxía por área de uso. En 2021, a xeración de electricidade a partir de fontes fotovoltaicas solares (PV) aumentou significativamente, alcanzando un récord de 179 TWH e representando un crecemento do 22% en comparación con 2020. A tecnoloxía PV solar agora representa o 3,6% da xeración de electricidade global e actualmente é a terceira maior renovable renovable fonte de enerxía despois da hidroeléctrica e do vento.

Non obstante, estes avances non resolven algúns dos inconvenientes inherentes dos sistemas de enerxía renovable, principalmente dispoñibilidade. A maioría destes métodos non producen enerxía baixo demanda como centrais eléctricas de carbón e petróleo. As saídas de enerxía solar están dispoñibles por exemplo ao longo do día con variacións dependendo dos ángulos de irradiación do sol e do posicionamento do panel fotovoltaico. Non pode producir enerxía durante a noite mentres que a súa produción se reduce significativamente durante a tempada de inverno e en días moi nublados. A enerxía eólica sofre as flutuacións dependendo da velocidade do vento. Polo tanto, estas solucións deben unirse a sistemas de almacenamento de enerxía para soster o abastecemento de enerxía durante os períodos de baixa produción.

Que son os sistemas de almacenamento de enerxía?

Os sistemas de almacenamento de enerxía poden almacenar enerxía para ser empregados nunha fase posterior. Nalgúns casos, haberá unha forma de conversión de enerxía entre a enerxía almacenada e a enerxía proporcionada. O exemplo máis común son as baterías eléctricas como as baterías de iones de litio ou as baterías de chumbo. Proporcionan enerxía eléctrica mediante reaccións químicas entre os electrodos e o electrólito.

As baterías ou BESS (sistema de almacenamento de enerxía da batería) representan o método de almacenamento de enerxía máis común usado nas aplicacións da vida diaria. Outro sistema de almacenamento existe como as plantas hidroeléctricas que converten a enerxía potencial de auga almacenada nunha presa en enerxía eléctrica. A auga caída converterá o volante dunha turbina que produce enerxía eléctrica. Outro exemplo é o gas comprimido, ao liberar o gas, xirará a roda da potencia produtora da turbina.

O que separa as baterías dos outros métodos de almacenamento son as súas áreas potenciais de funcionamento. Desde pequenos dispositivos e alimentación de automóbiles a aplicacións domésticas e grandes explotacións solares, as baterías pódense integrar perfectamente ata calquera aplicación de almacenamento fóra da rede. Por outra banda, os métodos de aire hidroeléctrico e de aire comprimido requiren infraestruturas moi grandes e complexas para o almacenamento. Isto leva a custos moi elevados que require aplicacións moi grandes para que se xustifique.

Use casos para sistemas de almacenamento fóra da rede.

Como se mencionou anteriormente, os sistemas de almacenamento fóra da rede poden facilitar o uso e a confianza en métodos de enerxía renovable como a enerxía solar e eólica. Non obstante, hai outras aplicacións que poden beneficiarse enormemente destes sistemas

As redes eléctricas da cidade teñen como obxectivo proporcionar a cantidade adecuada de enerxía en función da oferta e demanda de cada cidade. A potencia requirida pode fluctuar ao longo do día. Os sistemas de almacenamento fóra da rede utilizáronse para atenuar as flutuacións e proporcionar máis estabilidade nos casos de máxima demanda. Desde unha perspectiva diferente, os sistemas de almacenamento fóra da rede poden ser moi beneficiosos para compensar calquera falla técnica imprevista na rede eléctrica principal ou durante os períodos de mantemento programados. Poden cumprir os requisitos de enerxía sen ter que buscar fontes de enerxía alternativas. Pódese citar, por exemplo, a tormenta de xeo de Texas a principios de febreiro de 2023 que deixou aproximadamente 262 000 persoas sen poder, mentres que as reparacións foron atrasadas debido ás difíciles condicións meteorolóxicas.

Os vehículos eléctricos son outra aplicación. Os investigadores verteron moito esforzo para optimizar as estratexias de fabricación e carga/descarga de baterías para ampliar a vida útil e a densidade de potencia das baterías. As baterías de iones de litio estiveron á cabeza desta pequena revolución e utilizáronse extensamente en novos coches eléctricos, pero tamén en autobuses eléctricos. As mellores baterías neste caso poden levar a unha quilometraxe máis grande, pero tamén reduciron os tempos de carga coas tecnoloxías correctas.

Outros avances tecnolóxicos gustan dos UAV e dos robots móbiles beneficiáronse moito do desenvolvemento da batería. Hai estratexias de movemento e estratexias de control dependen moito da capacidade da batería e da potencia proporcionada.

Que é un Bess

O sistema de almacenamento de enerxía BESS ou batería é un sistema de almacenamento de enerxía que se pode usar para almacenar enerxía. Esta enerxía pode proceder da rede principal ou de fontes de enerxía renovables como a enerxía eólica e a enerxía solar. Está composto por varias baterías dispostas en diferentes configuracións (series/paralelas) e tamaño en función dos requisitos. Están conectados a un inversor que se usa para converter a potencia de corrente continua en potencia de CA para o seu uso. Un sistema de xestión de baterías (BMS) úsase para controlar as condicións da batería e a operación de carga/descarga.

En comparación con outros sistemas de almacenamento de enerxía, son especialmente flexibles para colocar/conectarse e non requiren unha infraestrutura altamente cara, pero aínda teñen un custo considerable e requiren un mantemento máis regular en función do uso.

Hábitos de tamaño e uso de Bess

Un punto crucial para abordar ao instalar un sistema de almacenamento de enerxía da batería é dimensionado. Cantas baterías son necesarias? En que configuración? Nalgúns casos, o tipo de batería pode desempeñar un papel crucial a longo prazo en termos de aforro de custos e eficiencia

Isto faise caso por caso, xa que as aplicacións poden ir desde pequenos fogares ata grandes plantas industriais.

A fonte de enerxía renovable máis común para pequenos fogares, especialmente nas zonas urbanas, é solar usando paneis fotovoltaicos. O enxeñeiro consideraría en xeral o consumo medio de enerxía do fogar e o astro a irradiación solar ao longo do ano para o lugar específico. O número de baterías e a súa configuración de rede elíxense para combinar as demandas dos fogares durante a subministración de enerxía solar máis baixa do ano mentres non drena as baterías. Isto supón unha solución para ter a independencia de potencia completa da rede principal.

Manter un estado de carga relativamente moderado ou non descargar completamente as baterías é algo que podería ser contra intuitivo nun principio. Despois, por que usar un sistema de almacenamento se non podemos extraelo todo o potencial? En teoría é posible, pero pode que non sexa a estratexia que maximice o rendemento do investimento.

Unha das principais desvantaxes de Bess é o custo relativamente elevado das baterías. Polo tanto, é esencial escoller un hábito de uso ou unha estratexia de carga/descarga que maximice a vida útil da batería. Por exemplo, as baterías de ácido de chumbo non se poden descargar por baixo da capacidade do 50% sen sufrir danos irreversibles. As baterías de iones de litio teñen maior densidade de enerxía e vida ciclista. Tamén se poden descargar con gamas máis grandes, pero isto supón un custo de prezo aumentado. Hai unha gran variedade de custo entre diferentes químicas, as baterías de ácido de chumbo poden ser centos de miles de dólares máis baratos que unha batería de iones de litio do mesmo tamaño. É por iso que as baterías de ácido chumbo son as máis empregadas en aplicacións solares en países do 3º mundo e comunidades pobres.

O rendemento da batería está moi afectado pola degradación durante a súa vida útil, non ten un rendemento constante que remata cun fracaso repentino. Pola contra, a capacidade e o fornecido poden desaparecer progresivamente. Na práctica, considérase que unha vida útil da batería se esgotou cando a súa capacidade alcanza o 80% da súa capacidade orixinal. Noutras palabras, cando experimenta un 20% de capacidade. Na práctica, isto significa que se pode proporcionar unha menor cantidade de enerxía. Isto pode afectar a períodos de uso para sistemas totalmente independentes e a cantidade de quilometraxe que pode cubrir un EV.

Outro punto a considerar é a seguridade. Con avances na fabricación e tecnoloxía, as baterías recentes en xeral foron máis estables químicamente. Non obstante, debido á degradación e ao historial de abusos, as células poden entrar nun desbordamento térmico, o que pode levar a resultados catastróficos e, nalgúns casos, poñer en perigo a vida dos consumidores.

É por iso que as empresas desenvolveron un mellor software de control de baterías (BMS) para controlar o uso da batería, pero tamén controlan o estado de saúde para proporcionar mantemento oportuno e evitar consecuencias agravadas.

Conclusión

Dos sistemas de almacenamento de enerxía de rede ofrecen unha gran oportunidade para conseguir a independencia do poder da rede principal, pero tamén proporcionan unha fonte de potencia de copia de seguridade durante os tempos de baixura e os períodos de carga máxima. O desenvolvemento facilitaría o cambio cara ás fontes de enerxía máis ecolóxicas, limitando así o impacto da xeración de enerxía no cambio climático mentres aínda cumpren os requirimentos de enerxía cun crecemento constante no consumo.

Os sistemas de almacenamento de enerxía da batería son os máis empregados e os máis fáciles de configurar para diferentes aplicacións cotiás. A súa alta flexibilidade é contrarrestada por un custo relativamente elevado, o que leva ao desenvolvemento de estratexias de seguimento para prolongar a respectiva vida útil o máximo posible. Actualmente, a industria e a academia están a verter moito esforzo para investigar e comprender a degradación da batería en diferentes condicións.