2. ALMACENAMIENTO EN SISTEMAS CON GENERACIÓN DISTRIBUIDA

Objetivos Permitir mayor aprovechamiento de las fuentes renovables de energía Mejorar la capacidad de transmisión Diferir las inversiones en transmisión y distribución Eleva la estabilidad de tensión y de frecuencia Permitir seguimiento de la carga Obtención de créditos ambientales Negocios de compra/venta Reducción de costos de pérdidas Reduce cargos por congestión Mejorar la calidad de potencia Aumentar la confiabilidad

Principales Tecnologías de Equipos Almacenadores

Hidrostática de bombeo (altura de agua)Aire comprimido Baterías electroquímicasBobina magnética superconductoraVolante inercialComo Hidrógeno gaseoso o líquidoCapacitor electroquímicoOtras

Estado de la

tecnología

Capacidades de entrega de

energía

• Calidad de Potencia• Transferencia de potencia• Manejo de la Energía

Hidrostática de bombeo1. Embalse superior2. Dique superior3. Galería de conducción4. Chimenea de

equilibrio5. Tubería forzada6. Casa de máquinas7. Turbogeneradores8. Embalse inferior9. Líneas eléctricas10. Desagüe

2

Central a cielo abierto

Central en caverna

Río Grande, 750 MW, 970 GWh, Los Reyunos, 224 MW, 305 GWh.

Almacenamiento en aire comprimido• Al comprimir muy lentamente 1,0 m3 de aire a temperatura

ambiente, dentro de una botella de 1 litro a 200 bares ( ≈ 200 atmósferas), se almacenan 583 kJ (0,16 kWh) de energía potencial.

• Rango de potencias disponibles 35 a 350 MW• Tecnología competitiva con turbinas y ciclos combinados• Costos del orden de 300 a 500 USD/kW

BateríasElectro-químicas

Electroquímica Voltaje Características Plomo-ácido 2,0 Menor costo

Níquel-cadmio 1,2 Con efecto memoria

Níquel hidruro metálico 1,2 Sensible a la temperatura

Litio – ión 3,4 Segura, sin litio metálico

Litio – polímero 3,0 Con litio metálico

Zinc – aire 1,2 Requiere buen manejo del aire

Energía específica Wh/kg

Densidad de energía Wh/l

Almacenamiento como hidrógenoUnidireccional

Reversible

Técnicas de producción de Hidrógeno

Tecnología de producción de hidrógeno

Beneficios Barreras

Electrólisis: descomponiendo agua empleando electricidad

Tecnología bien probada, disponible comercialmente

Compite con el uso directo de la electricidad

Reforming: reformando la estructura molecular de

hidrocarburos

Es bien conocida en gran escala, a partir del gas.

No hay unidades comerciales a pequeña escala. Requiere

gas de alta pureza

Gasificación: a partir de la rotura de hidrocarburos

pesados

Bien conocida a gran escala Unidades pequeñas muy escasas, compite con

combustibles sintéticos a partir de la biomasa

Ciclos termoquímicos, usando calor barato de alta

temperatura

Potencialidad de aplicar en gran escala

Proceso complejo, aún no está disponible comercialmente,

requiere varios años de investigación

Almacenamiento en campos magnéticos• La superconductividad fue descubierta en 1911, siendo reconocida

recién en 1950 a través de un Premio Novel, en 1966 se realizaron las primeras aplicaciones prácticas, apareciendo las primeras máquinas en la década del 1980.

• Primeros diseños se instalaron en la década del 1990.

• Equipo compuesto de bobina semiconductora de niobio-titanio, refrigerada por helio líquido, a 4,2 ºK.

Características nominales:2,1 MJ, 800 V, 1.000 A, responde en 4 ms, 4,1 H, 4,5 T, 800 kW max., 200 kW prom. 8 s, 600 mm alto, 760 mm diámetro.

Almacenamiento en campos magnéticosLímite actual 5 MJ

Ejemplo comercial:

4,3 H, 2,15 MJ,

800 kVA, 1s.

Montaje sobre container 48 pies o 14,6 m, y 55.000 libras o 25.000 kg.

Ventajas de uso y tipos de almacenadores inerciales (moto – generadores)

• Ventajas: Evita uso de baterías Aísla a la carga de la alimentación Interrumpe el camino para armónicas e interferencias Permite uso de nuevas referencias de tierra Amplio rango de potencias disponibles: 5 a 300 kVA

• Convencionales o solo inerciales: entregan potencia desde 100 % hasta 90 % de ns, respaldan carga de 10 a 20 s (tolerancia en frecuencia)• De polos escritos o excitación electrónica: entregan potencia desde 100 % hasta 30 % de ns, respaldan carga de 15 a 45 s

Almacenamiento en Volante Inercialpara regulación de voltaje y frecuencia

Unidades de 25kW/h, 100 kWPotencias totales de 1 MW, adicionables hasta 20 MW

Aplicaciones del almacenamiento en volante inercial

• Mitigación del efecto del paso de una nube sobre las celdas fotovoltaicas.

• Atenuación de las variaciones de la energía eólica, brindando un colchón entre las rápidas variaciones del viento y las lentas de los generadores convencionales y de las cargas

• Optimiza el consumo y emisión de los generadores de combustión interna frente a variaciones de generación y carga

• Estabiliza a la generación distribuida frente a variaciones de carga• Soporta los picos de carga de corta duración• Actúa como soporte a la respuesta de reserva de frecuencia• Soporte del sistema de transporte ferroviario, subterráneo o

tranviario.• Funcionamiento como UPS• Soporte de potencia reactiva

Almacenamiento en capacitores electroquímicos

• Los capacitores electroquímicos almacenan energía en las dos unidades en serie, de doble capa, formadas entre los electrodos y los iones del electrolito.

• La distancia sobre la cual se produce la separación de la carga, es de solo unos pocos ángstrom.

• La capacidad y la densidad de energía de estos dispositivos, son miles de veces superiores a los capacitores electrolíticos.

• Usualmente los electrodos se construyen de carbón poroso. • El electrolito es acuoso u orgánico. El tipo acuoso posee menor densidad de

energía, pero es de menor costo y trabaja en un mayor rango de temperaturas.

• El capacitor asimétrico, que emplea metal para uno de los electrodos, tiene mayor densidad de energía y menor corriente de fuga.

• En comparación con las baterías de plomo-ácido, poseen menor densidad de energía, pero pueden ser ciclados decenas de miles de veces, y pueden cargarse y descargarse mucho más rápidamente.

• Los capacitores de pequeño tamaño, están tecnológicamente maduros, las unidades mayores con densidades de 20 kWh/m3, están aún en desarrollo.

Almacenamiento en supercapacitores

Comparación de tecnologías de almacenamiento

Sistema híbrido

Interface

Almacenamiento

Solar o eólica