Durante os últimos 50 anos, produciuse un aumento continuo do consumo global de electricidade, cun uso estimado duns 25.300 teravatios-hora no ano 2021. Coa transición cara á industria 4.0, hai un aumento da demanda de enerxía en todo o mundo. Estes números aumentan cada ano, sen incluír os requisitos de enerxía dos sectores industriais e doutros sectores económicos. Este cambio industrial e o alto consumo de enerxía únense a efectos máis tanxibles do cambio climático debido ás emisións excesivas de gases de efecto invernadoiro. Actualmente, a maioría das centrais e instalacións de xeración de enerxía dependen en gran medida de fontes de combustibles fósiles (petróleo e gas) para satisfacer tales 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 foi cada vez máis importante para garantir un abastecemento continuo e fiable de enerxía procedente de fontes renovables.
O sector enerxético respondeu cambiando cara a enerxías renovables ou solucións "verdes". A transición foi axudada por técnicas de fabricación melloradas, levando, por exemplo, a unha fabricación máis eficiente de aspas de aeroxeradores. Ademais, os investigadores puideron mellorar a eficiencia das células fotovoltaicas, o que leva a unha mellor xeración de enerxía por área de uso. En 2021, a xeración de electricidade a partir de fontes solares fotovoltaicas (FV) aumentou significativamente, alcanzando un récord de 179 TWh e representando un crecemento do 22% con respecto a 2020. A tecnoloxía solar fotovoltaica representa agora o 3,6% da xeración de electricidade mundial e é actualmente a terceira enerxía renovable máis grande. fonte de enerxía despois da enerxía hidráulica e eólica.
Non obstante, estes avances non solucionan algúns dos inconvenientes inherentes aos sistemas de enerxía renovable, principalmente a dispoñibilidade. A maioría destes métodos non producen enerxía baixo demanda como centrais de carbón e petróleo. Por exemplo, as saídas de enerxía solar están dispoñibles durante todo o día con variacións dependendo dos ángulos de irradiación solar e da posición do panel fotovoltaico. Non pode producir enerxía durante a noite, mentres que a súa produción redúcese significativamente durante a tempada de inverno e nos días moi nubrados. A enerxía eólica tamén sofre flutuacións dependendo da velocidade do vento. Polo tanto, estas solucións deben combinarse con sistemas de almacenamento de enerxía para manter o abastecemento de enerxía durante períodos de baixa produción.
Que son os sistemas de almacenamento de enerxía?
Os sistemas de almacenamento de enerxía poden almacenar enerxía para poder utilizala nunha fase posterior. Nalgúns casos, haberá unha forma de conversión de enerxía entre a enerxía almacenada e a subministrada. O exemplo máis común son as baterías eléctricas como as de iones de litio ou as de chumbo-ácido. Proporcionan enerxía eléctrica por medio de reaccións químicas entre os electrodos e o electrólito.
As baterías, ou BESS (sistema de almacenamento de enerxía de batería), representan o método de almacenamento de enerxía máis común empregado nas aplicacións da vida diaria. Existen outros sistemas de almacenamento como as centrais hidroeléctricas que converten a enerxía potencial da auga almacenada nun encoro en enerxía eléctrica. A auga que cae fará xirar o volante dunha turbina que produce enerxía eléctrica. Outro exemplo é o gas comprimido, ao liberarse o gas fará xirar a roda da turbina producindo enerxía.
O que separa as baterías dos outros métodos de almacenamento son as súas áreas potenciais de operación. Desde pequenos dispositivos e fonte de alimentación do automóbil ata aplicacións domésticas e grandes granxas solares, as baterías pódense integrar perfectamente en calquera aplicación de almacenamento fóra da rede. Por outra banda, os métodos hidroeléctricos e de aire comprimido requiren infraestruturas de almacenamento moi grandes e complexas. Isto leva a uns custos moi elevados que requiren de aplicacións moi grandes para que estea xustificado.
Casos de uso para sistemas de almacenamento fóra da rede.
Como se mencionou anteriormente, os sistemas de almacenamento fóra da rede poden facilitar o uso e a dependencia de métodos de enerxía renovable como a enerxía solar e eólica. Non obstante, hai outras aplicacións que poden beneficiarse moito destes sistemas
As redes eléctricas das cidades teñen como obxectivo proporcionar a cantidade correcta de enerxía en función da oferta e da demanda de cada cidade. A enerxía necesaria pode variar ao longo do día. Utilizáronse sistemas de almacenamento fóra da rede para atenuar as flutuacións e proporcionar máis estabilidade nos casos de demanda punta. Desde unha perspectiva diferente, os sistemas de almacenamento fóra da rede poden ser moi beneficiosos para compensar calquera fallo técnico imprevisto na rede eléctrica principal ou durante os períodos de mantemento programados. Poden satisfacer 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 sen luz a aproximadamente 262 000 persoas, mentres que as reparacións atrasáronse debido ás difíciles condicións meteorolóxicas.
Os vehículos eléctricos son outra aplicación. Os investigadores fixeron moito esforzo para optimizar a fabricación de baterías e as estratexias de carga/descarga para ampliar a vida útil e a densidade de enerxía das baterías. As baterías de iones de litio estiveron á vangarda desta pequena revolución e utilizáronse moito nos coches eléctricos novos pero tamén nos autobuses eléctricos. Mellores baterías neste caso poden levar a un maior quilometraxe pero tamén a reducir os tempos de carga coas tecnoloxías adecuadas.
Outros avances tecnolóxicos como os UAV e os robots móbiles beneficiáronse moito do desenvolvemento da batería. Alí as estratexias de movemento e de control dependen en gran medida da capacidade da batería e da potencia proporcionada.
Que é un BESS
BESS ou sistema de almacenamento de enerxía da 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 solar. Está composto por varias baterías dispostas en diferentes configuracións (serie/paralelo) e dimensionadas en función dos requisitos. Están conectados a un inversor que se usa para converter a enerxía de CC en enerxía de CA para o seu uso. Utilízase un sistema de xestión da batería (BMS) para supervisar as condicións da batería e a operación de carga/descarga.
En comparación con outros sistemas de almacenamento de enerxía, son especialmente flexibles para colocar/conectar e non requiren unha infraestrutura moi cara, pero aínda teñen un custo considerable e requiren un mantemento máis regular en función do uso.
Hábitos de uso e talla BESS
Un punto crucial a abordar cando se instala un sistema de almacenamento de enerxía da batería é o dimensionamento. Cantas pilas se necesitan? 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 os fogares pequenos, especialmente nas zonas urbanas, é a solar mediante paneis fotovoltaicos. En xeral, o enxeñeiro consideraría o consumo medio de enerxía do fogar e avaliaría a irradiación solar ao longo do ano para o lugar específico. O número de baterías e a súa configuración de rede elíxese para adaptarse ás demandas dos fogares durante a subministración de enerxía solar máis baixa do ano sen que as baterías se esgoten completamente. Isto supón unha solución para ter unha completa independencia energética da rede principal.
Manter un estado de carga relativamente moderado ou non descargar completamente as baterías é algo que pode resultar contra-intuitivo ao principio. Despois de todo, por que usar un sistema de almacenamento se non podemos extraer todo o seu potencial? En teoría é posible, pero quizais non sexa a estratexia que maximice o retorno do investimento.
Unha das principais desvantaxes de BESS é o custo relativamente alto 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 chumbo ácido non se poden descargar por debaixo do 50% da súa capacidade sen sufrir danos irreversibles. As baterías de ión-litio teñen maior densidade de enerxía, ciclo de vida longo. Tamén se poden descargar usando rangos máis grandes, pero isto ten un custo de prezo máis elevado. Hai unha gran variación no custo entre as diferentes químicas, as baterías de chumbo ácido poden ser de centos a miles de dólares máis baratas que unha batería de iones de litio do mesmo tamaño. É por iso que as baterías de chumbo ácido son as máis utilizadas en aplicacións solares en países do terceiro mundo e comunidades pobres.
O rendemento da batería vese moi afectado pola degradación durante a súa vida útil, non ten un rendemento constante que remate cun fallo repentino. Pola contra, a capacidade e proporcionada pode desaparecer progresivamente. Na práctica, considérase que a vida útil dunha batería se esgotou cando a súa capacidade alcanza o 80% da súa capacidade orixinal. Noutras palabras, cando experimenta un desvanecemento do 20% da capacidade. Na práctica, isto significa que se pode proporcionar unha menor cantidade de enerxía. Isto pode afectar os períodos de uso dos sistemas totalmente independentes e a cantidade de quilometraxe que pode cubrir un vehículo eléctrico.
Outro punto a ter en conta é a seguridade. Cos avances na fabricación e na tecnoloxía, as baterías recentes foron en xeral máis estables químicamente. Non obstante, debido á degradación e ao historial de abusos, as células poden quedar en fuga térmica, 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 monitorización da batería (BMS) para controlar o uso da batería, pero tamén supervisar o estado de saúde para proporcionar un mantemento oportuno e evitar consecuencias agravantes.
Conclusión
Os sistemas de almacenamento de enerxía da rede proporcionan unha gran oportunidade para lograr a independencia energética da rede principal, pero tamén proporcionan unha fonte de reserva de enerxía durante os tempos de inactividade e os períodos de máxima carga. Alí o desenvolvemento facilitaría o cambio cara a fontes de enerxía máis ecolóxicas, limitando así o impacto da xeración de enerxía no cambio climático ao tempo que se seguen cumprindo as necesidades enerxéticas cun constante crecemento do consumo.
Os sistemas de almacenamento de enerxía por batería son os máis utilizados e os máis fáciles de configurar para diferentes aplicacións cotiás. A súa alta flexibilidade vese contrarrestada por un custo relativamente elevado, o que leva ao desenvolvemento de estratexias de vixilancia para prolongar o máximo posible a vida útil respectiva. Actualmente, a industria e a academia están facendo moito esforzo para investigar e comprender a degradación da batería en diferentes condicións.
