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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
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Principales Tecnologías de Equipos Almacenadores
Hidrostática de bombeo (altura de agua)Aire comprimido Baterías electroquímicasBobina magnética superconductoraVolante inercialComo Hidrógeno gaseoso o líquidoCapacitor electroquímicoOtras
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Estado de la
tecnología
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Capacidades de entrega de
energía
• Calidad de Potencia• Transferencia de potencia• Manejo de la Energía
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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.
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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
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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
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Almacenamiento como hidrógenoUnidireccional
Reversible
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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
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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.
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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.
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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
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Almacenamiento en Volante Inercialpara regulación de voltaje y frecuencia
Unidades de 25kW/h, 100 kWPotencias totales de 1 MW, adicionables hasta 20 MW
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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
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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.
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Almacenamiento en supercapacitores
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Comparación de tecnologías de almacenamiento
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Sistema híbrido
Interface
Almacenamiento
Solar o eólica