Métodos novedosos de almacenamiento aplicados a energías alternativas

Julio César Viola

Grupo de Investigación en Energías

Estado actual de la generación eléctrica a partir de fuentes alternativas

• La capacidad total instalada de fuentes de generación basadas en energías alternativas se ha duplicado entre el año 2000 y el 2012, pasando de 748GW a 1470GW.

• La producción hacia finales del 2012 representa el 23% de la generación de electricidad mundial.

Estado actual de la generación eléctrica a partir de fuentes alternativas

Estado actual de la generación eléctrica a partir de fuentes alternativas

Estado actual de la generación eléctrica a partir de fuentes alternativas

Cuánto espacio ocupan?

Cuánto espacio ocupan?

Limitaciones asociadas al uso de energías alternativas

• El estado actual de la generación y las proyecciones futuras hacen pensar que no será mayor problema que la energías alternativas sean la principal fuente de electricidad.

• La principal limitación aparece al momento de plantearse los esquemas de almacenamiento requeridos.

Métodos de almacenamiento

• El método clásico ha consistido típicamente

en el uso de baterías. Estas poseen, sin embargo, como desventajas:

– vidas útiles entre 5 y 15 años.

– requerir mantenimiento frecuente.

– generan desechos de difícil manipulación al final de su vida útil.

Baterías

• de Litio-Ion (Li-Ion)

• de Níquel-Cadmio (Ni-Cd)

• de Sulfuro de sodio (NaS)

Supercondensadores

• También conocidos como

ultracondensadores.

Veamos cosas más revolucionarias

• Hasta aquí hemos presentado métodos esencialmente eléctricos o electro-químicos.

• En los últimos años muchas ideas teóricas sobre almacenamiento de energía con métodos no eléctricos se han puesto de moda.

Ponga su energía extra a girar

• Volantes de inercia

Ponga su energía extra a girar

Ponga su energía extra a girar

Instalación para regulación de frecuencia basada en volantes de inercia

• Plantas en Stephentown, New York y Hazle Township, Pennsylvania, ambas con capacidades de 20 MW.

Cuánta energía se puede almacenar en … … 1m3 de agua a 1m de altura?

Y cuánta potencia se puede liberar a partir de aquí? – En 1 segundo:

– En 10 segundos:

𝐸𝑝 = 𝑚. 𝑔. ℎ

𝐸𝑝 = 1000 𝑘𝑔 . 9,8𝑚

𝑠2 . 1 𝑚 = 9800[𝐽]

𝑃 =9800 [𝐽]

1 [𝑠]= 9800 [𝑊]

𝑃 =9800 [𝐽]

10 [𝑠]= 980 [𝑊]

Cuánta energía se puede almacenar en … … un lago de 12x2,5 km y 50m de profundidad

a 1000 metros de altura?

𝐸𝑝 = 1,5. 109 𝑘𝑔 . 9,8

𝑚

𝑠2 . 1000 𝑚 = 14.1012 [𝐽]

Ejemplo cercano

• Proyecto Hidroeléctrico Coca Codo Sinclair

Guarde su energía eléctrica en bolsas

-Perdón, ¿cómo dijo?

Guarde su energía eléctrica en bolsas

Principio de funcionamiento:

La primera instalación basada en bolsas de aire está siendo construida actualmente en el lago Ontario a 5 km de la costa de Toronto. Tendrá una potencia estimada de 1MW.

No le gustan las bolsas?

Qué le parece una caverna?

Primera planta con almacenamiento de energía mediante aire comprimido (Huntorf, Alemania) Puesta en funcionamiento en 1978, posee una potencia de 290MW.

Que tal atrapar el calor con sal?

Que tal atrapar el calor con sal?

Planta generadora en Ivanpah (California, USA)

• 392 MW

• 173,500 heliostatos

Y si hacemos flotar a los generadores?

Algunas conclusiones

“.. a next-generation smart grid without energy storage is like a computer without a hard drive: severely limited”

– Katie Fehrenbacher, GigaOm

Algunas estimaciones establecen que el mercado del almacenamiento de energía sufrirá una “explosión” pasando a una instalación anual de 6 GW en 2017 y a 40 GW en 2022. Se debe considerar que la instalación en 2012 y 2013 fue de solo 0,34 GW.

Grupo de Investigación en Energías

• Qué hacemos?

– Diseñar equipos y técnicas de control para mejorar la eficiencia en la conversión de energía

• Quiénes somos?

– Profesores de la UPS e Investigadores contratados por la SENESCYT, además de estudiantes de pre y potgrado de la UPS.

Grupo de Investigación en Energías

• Proyectos ejecutados y en curso:

– Diseño y montaje de tarjetas de adquisición y control para convertidor electrónico multinivel.

– Diseño y control de convertidor electrónico para compensación de energía reactiva en instalaciones domésticas.

– Algoritmos de ajuste aplicados a los sistemas de filtros activos.

– Desarrollo de técnicas de control de sistemas electrónicos de potencia para la emulación de perfiles de viento en condiciones variables de funcionamiento.

Grupo de Investigación en Energías

• Temas abiertos actualmente para ser

tratados: – Diseño de tarjetas de control para sistemas

electrónicos de potencia basadas en PIC.

– Diseño de tarjetas de drivers para disparo de IGBTs con alimentación flotante.

– Diseño de tarjetas de sensado y almacenamiento de variables eléctricas.

– Diseño de página web para operación remota de equipos y edición de manuales de operación.

Éramos pocos y …

… se metió Google

• La empresa acaba de lanzar el “Littlebox Challenge”.

Veamos de qué se trata:

Diseñar un inversor para aplicaciones

solares

Potencia por encima de 1kW

Eficiencia por encima de 95%

Tamaño equivalente al de una tablet

Muchas gracias por su atención