Nuevas tendencias de la tecnología ESS del sistema de almacenamiento de energía

El fabricante de productos de control industrial de renombre mundial - C3CONTROLS en los Estados Unidos analizó las nuevas tendencias tecnológicas del sistema de almacenamiento de energía actual ESS en su informe técnico, el siguiente es un extracto.

La electricidad en su forma cruda no se puede almacenar a ninguna escala, pero mediante el uso de un sistema de almacenamiento de energía (ESS), se puede convertir en otras formas de energía que se pueden almacenar. Estas formas de energía se pueden volver a convertir en electricidad cuando sea necesario.

Los sistemas de almacenamiento de energía ofrecen una amplia gama de enfoques tecnológicos para administrar nuestro suministro de electricidad en un esfuerzo por crear una infraestructura energética más resistente y ahorrar costos para las empresas de servicios públicos y los consumidores. Las tecnologías actuales del sistema de almacenamiento de energía incluyen baterías, volantes, aire comprimido, almacenamiento hidroeléctrico bombeado y más. Hoy en día, todos estos sistemas todavía están limitados en la energía total que pueden almacenar, pero la investigación continúa para mejorar rápidamente estas tecnologías.

La red eléctrica de EE. UU. se basa en un delicado equilibrio entre el suministro de electricidad y la demanda de los consumidores. Una forma efectiva de ayudar a equilibrar las fluctuaciones en el suministro y la demanda de electricidad es almacenar electricidad durante los períodos de alta producción y baja demanda, y luego devolverla a la red durante los períodos de baja producción o alta demanda.

Aquí, discutimos cómo el almacenamiento de electricidad puede proporcionarnos a todos beneficios económicos, ambientales y de confiabilidad. Dependiendo de la extensión de su implementación, el almacenamiento de electricidad podría ayudar a que la red de EE. UU. funcione de manera más eficiente, reducir la probabilidad de interrupciones durante los períodos de máxima demanda y permitir el uso de más recursos renovables. imagen

Creciente demanda de almacenamiento de electricidad

Desde el descubrimiento de la electricidad, muchos investigadores y científicos han estado buscando formas eficientes de almacenar energía para su uso bajo demanda. Durante los últimos 100 años, la industria del almacenamiento de energía ha crecido e innovado en respuesta a las cambiantes demandas de electricidad y los avances tecnológicos.

Hoy, los consumidores en los Estados Unidos usan electricidad las 24 horas del día. Ya sea que estemos despiertos o dormidos, nuestra necesidad de electricidad es constante. Los consumidores estadounidenses tienden a dar por sentado lo fácil que es obtener la energía que necesitamos para alimentar nuestros electrodomésticos, electrodomésticos, herramientas, máquinas, vehículos y todo lo que usamos día y noche.

Sin embargo, la rápida popularización actual de los vehículos eléctricos, por ejemplo, ha ejercido una mayor presión sobre la red y necesita satisfacer una mayor demanda de energía. Además, el avance tecnológico y el crecimiento en el mercado de las energías renovables (por ejemplo, solar, eólica, etc.) ha sido un importante impulsor de la demanda de almacenamiento de energía dado el impacto significativo en la red.

Tecnología de almacenamiento de energía

Una característica clave del sector eléctrico es que el nivel de electricidad que se puede generar se fija por períodos cortos de tiempo. En cambio, la demanda de electricidad fluctúa a lo largo del día. El desarrollo de tecnologías para almacenar energía eléctrica de manera que esté disponible cuando se necesite representa un cambio importante en la forma en que se distribuye la electricidad.

Sistema de almacenamiento de energía

Los sistemas de almacenamiento de energía (ESS, por sus siglas en inglés) están diseñados para administrar los niveles de electricidad necesarios para alimentar a los clientes durante las horas pico cuando la demanda es mayor; en última instancia, ayudan a suavizar el uso de energía renovable e inyectarla en el sistema de distribución con mayor facilidad.

El ESS también ayudará a equilibrar la microrred para lograr un equilibrio estable entre generación y carga. El sistema de almacenamiento de energía puede proporcionar regulación de frecuencia: es fundamental mantener la frecuencia de todo el sistema en 60 Hz. Esto mantiene un equilibrio entre la carga de la red y la energía generada. Además, el despliegue de ESS también puede proporcionar un suministro de energía más confiable para instalaciones industriales de alta tecnología. El almacenamiento de energía y la electrónica de potencia son una promesa alentadora para la transformación del sector eléctrico.

Electrónica de potencia de alto voltaje

Los componentes electrónicos de potencia de alto voltaje, como interruptores, controladores e inversores, controlan la potencia de forma rápida y precisa para soportar la transmisión a largas distancias. Estos dispositivos de alto voltaje permitirán que el sistema funcione de manera más eficiente y responda con eficacia a las perturbaciones con mayor rapidez. Otro desafío importante que se está abordando es reducir el costo de la tecnología de almacenamiento de energía y la electrónica de potencia para acelerar la aceptación en el mercado.

Programa de almacenamiento de energía del DOE

El Programa de Almacenamiento de Energía (ESP) establecido por la Oficina de Electricidad (OE) del Departamento de Energía de EE. UU. lleva a cabo investigaciones y desarrollos en varias tecnologías de almacenamiento de energía. Esta amplia base tecnológica incluye baterías (convencionales y avanzadas), condensadores electroquímicos, volantes, electrónica de potencia, sistemas de control y herramientas de software para la optimización y dimensionamiento del almacenamiento. ESP trabaja en estrecha colaboración con socios de la industria: muchos de sus proyectos tienen costos compartidos.

El Programa de almacenamiento de energía (ESP) ofrece a las empresas de servicios públicos y los departamentos de energía estatales la oportunidad de colaborar en el diseño, adquisición, instalación y puesta en marcha de importantes instalaciones de almacenamiento innovadoras de hasta varios megavatios de tamaño. También apoya estudios analíticos del rendimiento técnico y económico de las tecnologías de almacenamiento, así como evaluaciones técnicas de los componentes y sistemas operativos del sistema de almacenamiento de energía.

El almacenamiento de energía mejorado puede brindar múltiples beneficios a la industria energética y sus clientes residenciales, así como a las empresas de fabricación industrial y las empresas comerciales. Estos beneficios incluirán una mejor calidad de energía y una entrega confiable de energía a los clientes, y una mayor estabilidad y confiabilidad de los sistemas de transmisión y distribución.

El Programa de almacenamiento de energía (ESP) alienta a las empresas de servicios públicos a modernizar los equipos existentes para diferir o eliminar actualizaciones costosas, mejorando la disponibilidad y aumentando el valor de mercado de la energía distribuida. Los ESP brindan a las empresas de servicios públicos y proveedores una generación de energía renovable de mayor valor y costos más bajos a través de una mayor capacidad y el aplazamiento de los pagos de transmisión.

ESP también está trabajando para aumentar la densidad de almacenamiento de energía a través de la investigación de electrolitos avanzados para baterías de flujo, el desarrollo de baterías de sodio de baja temperatura y electrodos nanoestructurados con un rendimiento electroquímico mejorado. En el campo de la electrónica de potencia, avanza la investigación sobre nuevos materiales de alto voltaje, alta potencia, alta frecuencia y ancho de banda ancha, como el carburo de silicio y el nitruro de galio. Además, se están realizando investigaciones sobre sistemas avanzados de conversión de energía que utilizan magnetismo avanzado, capacitores de alto voltaje, empaques y controles avanzados para aumentar significativamente la densidad de energía y el rendimiento.

planeta energía

La iniciativa Energy Earthshots es otra iniciativa del Departamento de Energía de EE. UU. para acelerar los avances hacia soluciones de energía limpia más abundantes, asequibles y confiables dentro de una década. Lograr la Iniciativa Energy Earthshots ayudará a los EE. UU. a superar las barreras más difíciles para abordar la crisis climática, hacer crecer una economía de energía limpia y avanzar más rápido hacia cero emisiones netas de carbono para 2050.

DOE - Earthshots de almacenamiento de energía a largo plazo

Long Duration Storage Energy Earthshots (LDSEE) se ha fijado el objetivo de reducir el costo del almacenamiento de energía a escala de red para sistemas que duran más de 10 horas en un 90 por ciento dentro de una década. El almacenamiento de energía tiene el potencial de acelerar la descarbonización completa de la red.

Actualmente se está instalando almacenamiento de menor duración para respaldar los niveles actuales de generación de energía renovable. A medida que se implementa más y más energía renovable en la red, se requieren tecnologías de almacenamiento de mayor duración. Un almacenamiento más económico y eficiente hará que sea más factible capturar y almacenar energía limpia renovable para su uso cuando la producción de energía no esté disponible o caiga por debajo de la demanda.

Por ejemplo, la energía renovable, como la energía solar generada durante el día, puede usarse durante la noche cuando aumenta la demanda, o la energía nuclear generada durante períodos de baja demanda puede usarse cuando aumenta la demanda. LDSS considerará todos los tipos de tecnologías: portadores electroquímicos, mecánicos, térmicos, químicos o cualquier combinación que tenga el potencial de cumplir con los objetivos de duración y costo requeridos para la flexibilidad de la red.

fondos

Varias oficinas del DOE llevan a cabo actividades de almacenamiento de energía, y la solicitud de presupuesto del presidente para el año fiscal 2022 incluye un total de $1160 millones para estas actividades, rastreadas a través de la sección representativa del gran desafío de almacenamiento de energía. En espera de la financiación de la subvención, el DOE anticipa oportunidades de financiación y otras actividades para ayudar a avanzar en el progreso hacia las metas de LDSS, de acuerdo con la hoja de ruta de Grandes desafíos de almacenamiento de energía del DOE.

Alcanzar el objetivo de cero emisiones netas de carbono

Los objetivos de almacenamiento terrestre a largo plazo (LDSS) son clave para lograr emisiones netas de carbono cero para la red para 2035 y para la economía en su conjunto para 2050. El almacenamiento de energía puede mejorar el control local del sistema de energía y crear resiliencia para las comunidades que experimentan frecuentes cortes de energía o pueden no tener acceso a la red. El desarrollo de tecnología y fabricación para cumplir con los objetivos de costos de LDSS también establecerá un nuevo sector de fabricación de productos de memoria en los Estados Unidos.

A medida que el costo de las tecnologías solar y eólica cae rápidamente, una proporción cada vez mayor de energía renovable variable se convertirá en la norma en el futuro. El uso de vehículos eléctricos está acelerando los esfuerzos para descarbonizar el sector del transporte.

La necesidad de acomodar el suministro de energía variable mientras el sector eléctrico proporciona una producción ininterrumpida es un objetivo alcanzable. Los esfuerzos para integrar energías renovables como la solar, la eólica y otros recursos renovables en los sectores de uso final han demostrado un potencial significativo y la importancia crítica del almacenamiento de electricidad para lograr una descarbonización profunda.

El almacenamiento de electricidad basado en baterías que mejoran rápidamente y otras tecnologías permitirá una mayor flexibilidad del sistema, un activo clave a medida que la proporción de energía renovable variable continúa aumentando. El almacenamiento de electricidad puede habilitar un sector de transporte dominado por EV, permitir sistemas domésticos solares fuera de la red eficientes 24-horas y respaldar microrredes 100 por ciento renovables.

pronostico internacional

En el informe Electricity Storage and Renewable Energy: Costs and Markets, la Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA) analiza el coste actual y el rendimiento de una gama de tecnologías de almacenamiento de electricidad en aplicaciones estacionarias, así como su potencial para la reducción de costes y la mejora del rendimiento a través de 2030 para 2030".

El informe concluyó que la capacidad total de almacenamiento de electricidad podría triplicarse en términos de energía para 2030. Con la rápida adopción de las energías renovables, esto debería ser suficiente para duplicar la participación de las energías renovables en la combinación energética mundial en menos de 15 años. El almacenamiento de energía de la batería podría crecer 17-veces, y el costo de la tecnología de almacenamiento de batería podría reducirse hasta en un 66 por ciento.

Esta investigación muestra que los sistemas de almacenamiento de baterías tienen un enorme potencial para la implementación y la reducción de costos. Los costos totales de instalación podrían caer entre un 50 y un 60 por ciento para 2030, y los costos de las baterías caerían aún más. Todo esto está impulsado por la optimización de las instalaciones de fabricación, así como por una mejor composición y un menor uso de materiales.

Tecnología del sistema de almacenamiento de energía

Los sistemas de almacenamiento de energía (ESS) ofrecen una amplia gama de enfoques tecnológicos para administrar nuestro suministro de electricidad para crear una infraestructura energética más resistente y ahorrar costos para las empresas de servicios públicos y los consumidores. Los diversos enfoques actualmente desplegados en todo el mundo se analizan a continuación.