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2014 – Año de Homenaje al Almirante Guillermo Brown, en el Bicentenario del Combate Naval de Montevideo
Almacenamiento de energía
Documento de referencia1
Dr. Jaime Moragues
Mayo de 2014
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Este documento fue elaborado por el Dr. Jaime Moragues. Se trata de un material técnico para facilitar
el trabajo de la Mesa de Implementación. Las opiniones expresadas en este documento pueden no
coincidir con la posición que finalmente asuma el Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación
Productiva de la Nación.
2014–AñodeHomenajealAlmiranteGuillermoBrown,enelBicentenariodelCombateNavaldeMontevideo
Contenido
1.INTRODUCCIÓN...............................................................................................................................1
2.DEFINICIÓN,ALCANCEYRELEVANCIADELNSPE............................................................................1
3.PERFILYCARACTERÍSTICASDELTEMAALMACENAMIENTODEENERGÍA......................................5
4.ELNSPEYLOSANTECEDENTESDETRABAJOENELCAMPODELACyT..........................................7
4.1.Entramadoproductivo..............................................................................................................7
4.2.CapacidadCientíficoTecnológica.............................................................................................7
4.3.Apoyoaldesarrollodecapacidadescríticas.............................................................................8
4.4.Apoyoalaactividadproductivaylainnovación......................................................................8
4.5.Antecedentesinternacionales..................................................................................................9
5.POSIBLESÁMBITOSDEINTERVENCIÓN...........................................................................................9
6.BIBLIOGRAFÍACONSULTADA.........................................................................................................11
ANEXO1:Descripcióndealgunasdelasformasdealmacenarenergía...........................................12
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1.INTRODUCCIÓN
ElalmacenamientodeenergíaesparteintegraldetodoprogramadeUsoRacionalyEficientedelaEnergía
(UREE)enlamedidaenquesustecnologíassonaplicablesatodalagamadeusodelaenergía,generando
enelanálisisintegralunadisminuciónenloscostos.
El trabajo que esta Mesa desarrollará durante el presente año es la continuidad de las actividades
desarrolladasen2012enlaMesadeImplementacióndeUsoRacionalyEficientedelaEnergíaapartirdela
cualsedefinióunaseriedeoportunidadesdeintervenciónparaeltemaUREElasquequedaronplasmadas
en
el
correspondiente
Plan
Operativo
20122015,
publicado
en
el
sitio
http://www.argentinainnovadora2020.mincyt.gob.ar/?wpfb_dl=15
Enesaoportunidadseidentificarontemasdeinvestigacióncientífica,desarrollotecnológicoeinnovación
productiva para el financiamiento de proyectos en Edificios Residenciales, Comerciales y Públicos;
Industrias; y Redes de Transmisión y Distribución de Electricidad. Dichos temas identificados por la Mesa
fueron tenidos en cuenta por la Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica (ANPCYT) en las
convocatorias del Fondo Nacional para la Investigación Científica y Tecnológica (FONCYT), Fondo
TecnológicoArgentino(FONTAR)yFondoArgentinoSectorial(FONARSEC).
Asimismo, se identificaron necesidades de formación de recursos humanos en esta temática y se
delinearonaccionesparacapacitarainvestigadoresytécnicostantoenelpaíscomoenelexterior.Porsu
parte, el CONICET también tuvo en cuenta estas necesidades en oportunidad de realizar sus llamados a
BecasInternasparaTemasEstratégicosrealizadosen2012y2013.
Portodoestoyparadarlecontinuidadalasaccionesyaemprendidas,eldesafíoactualesavanzarenel
desarrollodetecnologíasdealmacenamientodeenergíacadavezmássencillas,económicasyefectivas.
2.DEFINICIÓN,ALCANCEYRELEVANCIADELNSPE
Todaslasactividadeshumanasdependenenmayoromenormedidadelaenergía,motivoporelcualson
susceptiblesdeusarsistemasdeacumulación,encontrandoenlosmismosunafuenteimportantedeuso
racionalyeficienteasícomodemejoraseconómicas.Desdeelferrocarrilhastalastelecomunicacioneso,
en escalas mayores, las centrales eléctricas, los parques eólicos, fotovoltaicos, etc., como los vehículos
eléctricosohíbridosqueextraigansuenergíadurantelanochedelaredeléctrica,necesitandesistemasde
acumulacióndeenergía.
Desdelossistemasmásclásicosdeacumulacióndeenergía,comoelbombeodeaguaolasbaterías,hasta
innovadoras tecnologías como el uso del hidrógeno, la pila de combustible, el aire comprimido, el
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almacenamiento magnético con superconductores o el empleo de nuevos materiales como el grafeno,
abrenuncampodebúsquedadenuevasaplicacionesrentablesyeficientesencampostandisparescomo
las energías renovables, el autoconsumo, el vehículo eléctrico, la eficiencia energética en edificios o las
redesinteligentes.
EnlaRepúblicaArgentinalaLey26.123,promulgadael24deagostode2006,estableceelrégimenparael
desarrollo de la tecnología, producción, uso y aplicaciones del hidrógeno como combustible y vector de
energía. Actualmente, la Secretaría de Energía de la Nación está elaborando la correspondiente
reglamentaciónaltiempoquetambiénestápreparandoelPlanNacionaldeHidrógenoprevistoenlaLey.
En términos generales los sistemas de almacenamiento de energía se pueden clasificar en los siguientes
grupos:
¾ Almacenamientomecánico:
x Bombeohidráulico:energíapotencial.
x Airecomprimido:energíapotencialytérmica.
x Volantesdeinercia:energíacinética.
¾ Almacenamientoquímicoyelectroquímico:
x Hidrógeno
x Baterías.
x Entalpíadereacción.
¾ Almacenamientotérmico:
x Calorsensible.
x Calorlatente.
¾ Almacenamientoeléctricoymagnético.
x Condensadores.
x Camposmagnéticos.
EnelAnexo1sedescribenconmásdetallealgunasdelasformasdealmacenarenergía.
Ladurabilidaddeestastecnologíasdealmacenamientovienedadaporelnúmerodevecesquelaunidad
dealmacenamientopuedeliberarenergíadesdeelnivelparaelcualsehabíadiseñado,despuésdecada
recarga.Asimismo,sedebetenerencuentalapotenciaalaqueseaplica.EnlaFigura1[2]seresumeen
funcióndeestosparámetrosalgunossistemasendesarrolloyuso.
Los sistemas de suministro de energía eléctrica tienen por objeto ajustarse a la demanda de la red en
tiempo real, manteniendo los parámetros básicos (tensión y frecuencia) dentro de las tolerancias
[2] RedeléctricadeEspañaOctubre2008.
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establecidasparaeseservicio.Considerandolageneracióndistribuidadeenergía,laspautasdeproducción
a partir de las nuevas fuentes renovables no se suelen ajustar a la demanda de energía. La energía
suministrada por estas fuentes no es tan segura y fácil de ajustar a los cambios en la demanda, como la
suministrada por los sistemas energéticos tradicionales. Asimismo, las redes inteligentes de energía
requierenel apoyodesistemasdeacumulacióny trabajanen conjunto para optimizarel usoenergético.
Por lo tanto,es necesario considerar una reserva de energía que permita ajustar la forma de generación
conlademanda,esdecir,almacenar energíacuandohayexcedentesyliberarlacuandolaproducciónno
alcanzaacubrirlasnecesidadesdelademanda.
Figura1:Tiempodedescargadelossistemasdeacumulacióndeenergíaenfuncióndelapotencia.
Lastecnologíasdeacumulaciónoalmacenamiento deenergíaparaelcasoeléctricosepueden dividir en
cuatrocategorías,enfuncióndelasaplicaciones:
¾ Aplicaciones de baja potencia en áreas aisladas, esencialmente para alimentar transductores y
terminalesdeemergencia.
¾ Aplicacionesdemediapotenciaenáreasaisladas,sistemaseléctricosindividualesysuministroeléctrico
aciudades.
¾ Aplicación de conexión de red con pico de nivelación. (Network connection application with Peak
leveling).
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¾ Aplicacionesdecontroldecalidaddepotencia(powerquality).
Las dos primeras categorías son idóneas para sistemas de pequeña escala, donde la energía podría ser
almacenada en forma de energía cinética, energía química, aire comprimido, hidrógeno,
supercondensadoresysuperconductores.
Las dos últimas son idóneas para sistemas a gran escala, donde la energía podría ser almacenada como
energíagravitacionalensistemashidráulicos,energíatérmicaenformadecalorlatenteysensible,energía
químicaenacumuladoresybaterías,oairecomprimido.
Distintostiposdesistemasdeacumulaciónseaplicanparaelcasodegeneracióndeelectricidad,segúnel
requerimientodetiempoderespuesta;algunosejemplosson:
1) Almacenamientoparamejorarlacalidaddeservicio(Actuación<1seg).
Supercapacitores.
2) AlmacenamientoparaSistemasdePotencia(segundosaminutos).
BateríaNiMetalhibrido(15min).
VolantesdeInercia(15seg15min).
SMESAlmacenamientodeenergíamagnéticaporsuperconducción(13seg).
Supercapacitores(>30seg).
3) AlmacenamientoparaSistemasdegestióndelaenergía(variashoras).
BateríasMetalAire(34h).
BateríadeSulfurodeSodio(8h).
Bateríadeflujo(48h).
Hidrógeno(>5horas).
CAESCavernasparaaire(224h).
Energíatérmicaenformadecalorlatenteysensible.
Larelevanciadeestatemáticaparalasactividadesproductivas,losserviciosylavidadiariaradicaenque
poseeunrolcríticoenelaseguramientodelfuturoenergéticoapartirdelossiguientesaportes:
• Servir como una “reserva de electricidad” de mucha mayor capacidad que cualquier reserva de
combustiblesfósiles.
• Estabilizarlareddedistribuciónytransmisión.
• Permitirunusomáseficientedelageneraciónexistente.
• Hacerviableeconómicamentelasenergíasrenovables.
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• Servircomounamortiguadordeprecios,esdecir,esunelementoparasuministrarenergíacuandolos
costosdeelectricidadsonaltos,comoporejemplo,enlashorasdepunta.
• Reducirodisminuirlanecesidaddeinstalarnuevosgeneradores.
• Realizar un seguimiento de la carga, alternando la respuesta ante variaciones entre el suministro de
electricidadydedemanda.
• Permitirtenerunacapacidaddereserva.
• Realizarunsoportedeestabilidaddevoltaje.
• Realizartambiénunsoporteymejorperformancedelossistemasdetransmisiónydistribución.
3.PERFILYCARACTERÍSTICASDELTEMAALMACENAMIENTODEENERGÍA
Mercadoseléctricos
Adiferenciadelosmercadosdecommoditiesalmacenables(gasypetróleo),enlosmercadoseléctricosla
generacióndeelectricidadserealizaenfuncióndelademandalacualtieneunatemporalidadmarcada.La
adaptacióndelaofertaalademandavariableconstituyeporlotantounadelasproblemáticasmásarduas
para los despachos de carga, ya que salvo casos excepcionales, las redes no poseen capacidad de
acumulacióncomoparahacerfrenteavariacionesdelademandaenelmuycortoplazo.
En las horas pico se recurre normalmente al costoso e ineficiente método de ajustar la producción
encendiendounacentraldegasduranteperíodoscortos.
La utilización de formas sencillas, económicas y efectivas de almacenar electricidad contribuirá a
incrementarsuconfiabilidadyeficiencia,ybajarcostos.Estossistemasdeacumulaciónpuedenfuncionar
como generador o como consumo, en función de las exigencias planteadas en forma instantánea por las
redes,oenformaplanificadaporlosoperadoresdelared.
Asimismo, laaplicación del concepto de redes inteligentes de energía requieren el apoyo de sistemas de
acumulación y trabajan en conjunto para optimizar el uso energético, tanto para mejorar la calidad del
servicio (actuación < 1 seg), como para control de los sistemas de potencia (actuación de segundo a
minutos),comoparagestiónglobaldelaenergía(variashoras).
Generacióndistribuidadeelectricidad
Considerandolageneracióndistribuidadeenergía,laspautasdedisponibilidaddeelectricidadapartirde
las nuevas fuentes renovables (en particular solar y eólica) no se ajustan generalmente a la demanda de
energía. Por lo tanto es importante considerar una reserva de energía que permita ajustar la forma de
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generación con la demanda, es decir, almacenar energía cuando hay excedentes y liberarla, cuando la
producciónnoalcanzaacubrirlasnecesidadesdelademanda.
El almacenamiento de la energía solar y eólica no solo permitirá a los propietarios particulares y
comercialesdeinstalacionesapostardeformaactivaporlaelectricidadecológica,unusointeligentedelos
sistemastambiénbeneficiaráalasredeseléctricaspúblicas.Yesqueasíseharáunmayorconsumolocal
delaelectricidadautogenerada,loquepuedeevitarlasobrecargadelasredeseléctricas(precisamenteen
horaspunta).Portanto,losacumuladoresdeenergíasonunadelastecnologíasclaveparaeléxitodela
transiciónenergética.Yparaeldesarrollodelamovilidadeléctrica.
Industria
Ennumerosasindustriasnormalmentelasinstalacionesdebenestarsobredimensionadasparaabsorberlos
picosdepotencia,losquesuelencoincidirconlosperíodosdeldíaenloquelaenergíaesmásdemandada.
Elalmacenamientodeenergíapermiteuncambioenelconsumodeelectricidadaperiodosfueradelpico
sin impactar en la operación del proceso productivo. Esto puede alcanzarse, si se requiere por ejemplo
energía térmica, instalando dispositivos de almacenaje de frío o calor de forma que las necesidades se
cubransintenerqueentrararequerirelectricidadenmomentosdeconsumopico.Algunasindustriasque
puedenbeneficiarsedeestetipodeproyectossonmetalmecánica,fabricacióndecemento,mezcladorasde
hormigón,fabricacióndemármol,plantasderefrigeración,fabricacióndeplástico,entreotras.
Sectorresidencial,comercialypúblico
Para el manejo de eficiencia energética en edificios, en lo referente a calefacción y refrigeración de los
mismos, el almacenamiento de energía térmica en forma de calor sensible (de los cuerpos sólidos o
líquidos),calorlatentedecambiodefase(sólidoalíquidogeneralmente)ocalordereaccionesquímicaso
fisicoquímicas,jueganunrolmuyimportanteparalagestióndelosmismosdadoquepuedenemplearse
paraequilibrarlademandadeenergíaentreeldíaylanoche.
Autoseléctricos
Actualmentehayungranimpulsoalempleodeautoseléctricosquerequierendesistemasdeacumulación
deelectricidadparasufuncionamiento,concaracterísticasmuyespecialesdadoquecuandomenorseasu
pesoserámáseficienteelconjunto.Dentrodeestecontextosedebeconsiderartambiénenformaintegral
laposibilidaddeusarhidrógenocomo acumulación deenergíacombinadoconlasceldas decombustible
paralageneracióndeelectricidad.Enparticulareldesarrollodedispositivosdealmacenamientodeenergía
magnéticos superconductores (SMES) que almacenan energías como la cinética de un vehículo (que
disminuyeenunprocesodefrenado)sepresentacomomuypromisoria.
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4.ELNSPEYLOSANTECEDENTESDETRABAJOENELCAMPODELACyT
4.1.Entramadoproductivo
Se han podido identificar empresas que están involucradas a diferentes niveles con la temática de
almacenamiento de energía. Algunas empresas están interesadas en la instalación de celdas de
combustible, en la venta y distribución de las mismas de origen en EE.UU., así como en almacenaje
subterráneodehidrógeno,enlafabricacióndebateríasdeplomoácido,etc.Sibienestáninteresadasen
eltema,nohayempresasyainvolucradasenelmismo,salvolaventadebateríasyceldasdecombustible.
AnivelprototiposeencuentralaPlantaExperimentaldeproduccióndehidrógenoenPicoTruncado,con
apoyoMunicipalydelPoderEjecutivoProvincialyquefuedeclaradodeinterésporlaLegislaturadeSanta
Cruz,quepuedeaportarinformaciónaempresasinteresadaseneltema.
Noobstante,esnecesariorealizarunaacciónconcretaparaqueestasempresas,uotrasquepuedansurgir
oseridentificadas,esténencondicionesdeaprovechartecnologíadeorigennacionalparalaproducciónde
sistemas de almacenamiento de energía, así como la identificación del mercado que requiera de las
mismas.
4.2.CapacidadCientíficoTecnológica
En la Argentina existen grupos de investigación que cubren algunas de las líneas de almacenamiento de
energía mencionadas. En particular existe una capacidad importante en el estudio de la generación,
almacenamiento y empleo del hidrógeno, así como en baterías. Se han identificado asimismo grupos
dedicados a investigación y desarrollo a diferentes niveles en almacenamiento térmico de energía,
supercapacitoresyvolantesdeinercia.
Enformageneralpuedemencionarsequesehaidentificadocapacidadcientíficatecnológicaeneltemade
hidrógenoengruposdelaUniversidadNacionaldeBuenosAires(UBA),laUniversidadNacionaldeLaPlata
(UNLP), la Universidad Nacional del Litoral (UNL), la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA), la
Universidad Nacional de Córdoba (UNC), el Instituto de Investigaciones Científicas y Técnicas para la
Defensa(CITEDEF),laUniversidadTecnológicaNacionalUTN),laUniversidadNacionaldeSanLuis(UNSL),el
CentroCientíficoTecnológicoBahíaBlancadelCONICET,laUniversidadNacionaldelSur(UNS),elInstituto
TecnológicoBuenosAires(ITBA),ylaUniversidadNacionaldelaPatagoniaSanJuanBosco.Eneltemade
supercapacitoreshaycapacidadesenlaUniversidadNacionaldeRioCuarto(UNRC);enVolantedeinercia
(flywheels)lashayenlaUNS;enalmacenamientotérmicoenlaUniversidadNacionaldeSalta(UNSA)yen
laUNLP;yeneltemadebateríasenlaUNLP,UBA,UNC,CNEA,eYPFTecnologíaS.A.(YTec).
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A través del FONCYT se han apoyado proyectos de investigación y desarrollado (PICT) en temas como
desarrollo de electrodos, nuevos materiales magnéticos, materiales para celdas de combustible,
producciónyalmacenamientodehidrógeno,desarrollodeelectrolitos,ycatalizadoresnanoestructurados.
4.3.Apoyoaldesarrollodecapacidadescríticas
Si bien el tema Almacenamiento de Energía no ha sido objeto de convocatoria por parte del FONARSEC,
puedenmencionarsealgunasaccionesrelacionadasconlatemática.Enjuniode2008laANPCYTpusoen
marcha, en el marco del Programa de Áreas Estratégicas (PAE), el programa denominado “Producción,
purificación y aplicaciones del hidrógeno como combustible y vector de energía” con participación de
gruposdeI+Dyempresas[3].
Con respecto a UREE, el FONARSEC realizó en el año 2013 una convocatoria de Fondos de Innovación
Tecnológica Sectorial destinada a consorcios públicoprivados para la presentación de proyectos
innovadores destinados a: el desarrollo de equipos y sistemas integrados para incrementar la eficiencia
energética en los procesos industriales; el desarrollo de sistemas de redes inteligentes de transmisión y
distribución de electricidad, con interconexión de generación con fuentes renovables de energía, y/o
mejoramientodelaeficienciadelasredeseléctricasexistentes;eldesarrollodeenvolventesydesistemas
decontrolesinteligentesparaedificacionesenergéticamentesustentables.Laconvocatoriayaestácerrada
yseestánevaluandolosproyectospresentadosafindeseleccionaraquellosqueseránfinanciados.
Enparticular lasiniciativassobretemasenergéticosyainiciadosenel MINCyTatravésdelFONARSEC en
UREE (redes inteligentes, edificios energéticamente sustentables, eficiencia energética en la industria),
Energía solar, Aerogeneradores de Alta Potencia y Bioenergía, así como los de Biorrefinerías, serán
complementadosconaccionesquesurgirándelaMesadeImplementacióndeAlmacenamientodeEnergía.
4.4.Apoyoalaactividadproductivaylainnovación
La ANPCYT ha dado apoyo al sector productivo a través del financiamiento del FONTAR de un Clúster
Eléctricocuyopropósitoesmejorarlasprestacionestécnicasdecentrostecnológicosalfuncionamientode
lostransformadoreseléctricos.NosehandetectadoproyectosaprobadosenelFONTARrelacionadoscon
el tema Almacenamiento de Energía. Sí se han financiado proyectos de UREE en sus tres temáticas
(edificios; redes inteligentes; e industrias) mediante diferentes instrumentos como los Aportes No
Reembolsables(ANR),CréditoFiscal,CréditosparalaMejoradelaCompetitividad(CRE+CO),yelArt.2de
laLey23.877.
[3]http://www.petrotecnia.com.ar/petro_08/ElHidrogeno_SP.pdf
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4.5.Antecedentesinternacionales
ElDepartamentodeEnergía(DOE)deEE.UU.abogaportecnologíasprometedorasquepuedancontribuira
modernizaryexpandirlasredesdetransporteydistribucióndeelectricidad,entrelasqueseencuentran
dispositivosavanzadosdealmacenamientoeléctrico[4]ytieneenmarchaunProgramadeAlmacenamiento
de Energía. La Agencia de Proyectos de Investigación AvanzadosEnergía (ARPAEoAdvanced Research
ProjectsAgencyEnergy)delDOEfinanciaproyectosdealmacenamientodeenergía.
Porsuparte,enelSéptimoProgramaMarco(20072013)[5]delaUniónEuropea,enelSectorEnergía,el
objetico es “Adaptar el actual sistema energético a otro más sostenible, menos dependiente de
combustibles importados y basado en una combinación variada de fuentes de energía, en particular las
renovables,losvectoresdeenergíaylasfuentesnocontaminantes;mejorarlaeficienciaenergética,entre
otrascosasracionalizandoelusoyelalmacenamientodeenergía”.
Finalmente, el Foro Económico Mundial publica anualmente una lista de las 10 principales tecnologías
emergentes. Entre las tendencias claves en el cambio tecnológico identificadas en el informe del World
EconomicForumGlobalAgendaCouncilonEmergingTechnologies,semencionantambiéncomoavances
tecnológicosrelevantesaquellosrelacionadosconelalmacenamientodeelectricidadaescaladeredes.
5.POSIBLESÁMBITOSDEINTERVENCIÓN
Disponer de tecnologías para el diseño y elementos para la construcción de diferentes sistemas de
almacenamientodeenergía.
Enestaprimeraetapasecubrirácomosistemasdealmacenajedeenergía:AlmacenamientodeHidrógeno,
Almacenamiento energía térmica, Almacenamiento mecánico, eléctrico y magnético (Volante de inercia
(Flywheel), Supercondensadores Almacenamiento magnético con superconductores), según el siguiente
detalle:
1. Hidrógeno. Vector energético que presenta un amplio campo de aplicaciones, no se encuentra en la
naturaleza y debe considerarse en conjunto la generación y el almacenamiento del mismo, siendo la
energíausadaparaelprocesodegeneraciónlaqueluegoesalmacenada.Susaplicacionesposteriores
son muy amplias y abarcan desde su uso como combustible directamente para automotrices o
generacióndeelectricidadcomolageneracióndeestaúltimaporunprocesodiferentecomoeldelas
celdasdecombustibleparadiversasaplicaciones.
[4] Grid2030Anationalvisionforelectricity´ssecond100years.USDepartmentofEnergy.2003.
[5]http://eurlex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2006:412:0001:0041:ES:PDF
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2. Energíatérmica.Almacenamientodeenergíadirectamenteenformadecalorsensibleolatente.
Los materiales con cambio de fase (PCMs) poseen la capacidad de almacenar calor (unidades de
almacenamientodecalorlatente),altocalordefusiónypuntodetransicióndefaseenelentornodela
temperaturadeoperación.Sepuedenmencionar:Orgánicos:Compuestosdeysinparafina;Inorgánicos:
Sales hidratadas, metálicos; y Eutécticos: OrgánicoOrgánico, OrgánicoInorgánico, Inorgánico
Inorgánico.
3. Almacenamientomecánico,eléctricoymagnético.
Volantedeinercia(Flywheel).Esunalmacenamientoenformadeenergíacinética,utilizandoparaello
unvolantedeinercia.
Supercondensadoresosupercapcitores.Sondispositivosquetienenunprincipiodeoperaciónsimilara
uncondensadortradicional,siendosucapacidadycorrientededescargamuchomásalta.Ladiferencia
principalconrespectoaloscondensadoresconvencionalesreside,porunaparte,enquealmacenanla
energíaenlainterfaseentreunelectrodoconductorporosoyunelectrolitolíquidoiónicoconductory,
porotraparte,quelasuperficieaumentamuchodebidoalamuyelevadaporosidaddelelectrodo.
Almacenamientomagnéticoconsuperconductores.Consisteenunagranbobinasuperconductora,que
se mantiene a temperatura criogénica mediante un refrigerador o criostato que contiene helio o
nitrógenolíquido.
EntrelosresultadosdelaMesadeImplementaciónseesperaquesurganpropuestasentornoa:
1. Prototiposdesistemasdegeneraciónyalmacenamientodehidrógeno,coninstalacióndesistemasde
controlydegestión.
2. Prototipos de sistemas de almacenamiento térmico, tanto en forma de calor sensible o calor latente,
coninstalacióndesistemasdecontrolydegestión.
3. Prototipos de sistemas de almacenamiento mecánico, eléctrico y magnético (Volante de inercia
(Flywheel),SupercondensadoresAlmacenamientomagnéticoconsuperconductores).
4. Disponibilidaddenuevosmaterialesparalosdiferentessistemasdealmacenamientodeenergía.
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6.BIBLIOGRAFÍACONSULTADA
RedeléctricadeEspañaOctubre2008.
Grid2030Anationalvisionforelectricity´ssecond100years.USDepartmentofEnergy.2003.
http://eurex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2006:412:0001:0041:es:pdf.
http://www.petrotecnia.com.ar/petro_08/ElHidrogeno_SP.pdf.
PFCEduardoGilGlezMadrono.
IVConferenciaLatinoAmericanadeEnergíaSolar(IVISES_CLA)yXVIISimposioPeruanodeEnergíaSolar
(XVIISPES),Cusco,15.11.2010.
Las Investigaciones Francesas Sobre el Almacenamiento de Calor para la Vivienda B. Delcambre, M.
RubinsteinyJ.L.Salagnac,Francia.//informesdelaconstruccion.revistas.csic.es.
Acumulación Térmica para un Sistema de Calefacción Solar Activo. Javier Nacif H., Roberto Román L.,
RamónFrederick,GRodrigoPalmaB.–IVConferenciaLatinoAmericanadeEnergíaSolar(IVISES_CLA)y
XVIISimposioPeruanodeEnergíaSolar(XVIISPES),Cusco,15.11.2010.
Elhidrógenocomocombustibleyvectorenergético:unproyectodedesarrollotecnológicoArgentinoPor
PíoAguirre,AlbertoBaruj,HoracioR.Corti,MiguelLaborde,EduardoA.Lombardo,GabrielMeyer.
GENERA2014MADRID,ESPAÑA.pdf.
AcumulacióndeEnergíaSolarenunMaterialdeCambiodeFase.MaríaVilteyAngélicaBouciguez.Facultad
deCienciasExactas.UniversidadNacionaldeSalta.
Almacenamientodeenergía.EscuelasuperiordeIngenieros,SanSebastian,UniversidaddeNavara.
Almacenamientode Energía:Desarrollos Tecnológicos yCostos.FredyValdovinos,RobertoOtárola,Hugh
Rudnick. Pontificia Universidad Católica de Chile, Escuela de Ingeniería, Magíster en Ingeniería de la
Energía.
Análisis del potencial del almacenamiento en el sistema eléctrico español actual y futuro. www.store
proyect.eu.
“Redeseléctricasinteligentes”–ComitéN°8–AEA.
11
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ANEXO1:Descripcióndealgunasdelasformasdealmacenarenergía
1. Volante de inercia (Flywheel): Unabatería inercial(también denominadabatería de rotor,batería de
volanteobatería giróscopica) almacena energía en forma deenergía cinética mediante unvolante de
inercia.
Conbaseenesteprincipiosehadiseñadounsistemaque:
x Almacenamuchaenergíautilizandoundiscoconunamasaelevada,degrandiámetrooquegiraa
granvelocidad.
x Nopierdesuenergíaconrapidezdadoquesehaneliminadolosrozamientos.Parareducirlafricción
se utilizancojinetes magnéticos que evitan todo contacto y se hace el vacío en la cámara que
contieneeldisco.
El material más adecuado para fabricar el disco es lafibra de carbono. Aunque tiene
menordensidadqueelacero,esmásresistenteypuedegiraramayorvelocidad,hasta100.000rpm.
2. Almacenamiento magnético con superconductores (en inglés Superconducting Magnetic Energy
Storage [SMES]): Consiste en una gran bobina superconductora que se mantiene a temperatura
criogénicamedianteunrefrigeradorocriostatoquecontienehelioonitrógenolíquido.
Una vez que labobinasuperconductora se carga lacorrienteya no disminuye y la energía magnética
puedealmacenarseindefinidamente.Laenergíaalmacenadapuedeserentregadaalareddescargando
alanillo.Paraextraerlaenergíaseinterrumpelacorrientequecirculaporlabobinaabriendoycerrando
repetidamenteunconmutadordeestadosólidodelsistemadeelectrónicadepotencia.Debidoasualta
inductancia,labobinasecomportacomounafuentedecorrientequepuedeutilizarseparacargarun
condensador que proporciona una entrada de tensión continua a un inversor que produce
latensiónalterna requerida. El sistema de potencia origina del 2% al 3% de pérdidas deenergía. Sin
embargo los SMES son muy eficientes, pues sus pérdidas son muy bajas comparadas con las de otros
sistemasdealmacenamientodeenergía.
3. Supercondensadores: Un supercapacitor (ultracapacitor o double layer capacitor) es una nueva
tecnologíadealmacenamientodeenergía.Sondispositivosquetienenunprincipiodeoperaciónsimilar
auncondensadortradicional.Sinembargo,sucapacidadycorrientededescargaesmuchomásaltay
por ello los supercapacitores se utilizan como unidades de almacenamiento en sistemas de potencia,
vehículos,etc.
Ladiferenciaprincipalconrespectoaloscondensadoresconvencionalesreside,porunaparte,enque
almacenanlaenergíaenlainterfaseentreunelectrodoconductorporosoyunelectrolitolíquidoiónico
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conductory,porotraparte,enquelasuperficieaumentamuchodebidoalamuyelevadaporosidaddel
electrodo.
4. Baterías(eninglésBatteryElectricStorageSystem[BESS]):
La batería es un dispositivo que transforma la energía química de sus materiales en energía eléctrica
mediantereaccionesdeoxidaciónyreducción.
Sehandesarrolladonumerosostiposdeceldaselectroquímicas,destacandolasdePlomoácido,Niquel
Cadmio (NiCd), Níquelhierro (NiFe), Níquelhidruro metálico (NiMH), Sulfuro de sodio, Iones de Li,
Polímerodelitio(LiPo),BromoZinc,vanadioflujoredox,metalaire.
Lasbateríasdeplomoácidodecicloprofundo(Deepcycleleadacidbatteries)generalmentesedividen
endoscategorías:“inundadas”(flooded[FLA])[6]yreguladasporválvulas(valveregulated[VRLA])[7],
estandodivididaslasVRLAendostipos,devidrioabsorbente(AbsorbedGlassMat[AGM])[8]yGel[9].
Batería de Flujo: Es un tipo debatería recargabledonde la recarga es proporcionada por dos
componentes químicos,disueltosen líquidos contenidos dentro del sistema y separados por una
membrana.Elintercambiodeiones(queproporcionaflujodecorrienteeléctrica)seproduceatravésde
lamembrana,mientraslosdoslíquidoscirculenensupropioespaciorespectivo.
AlgunascaracterísticasdelasbateríasmencionadassedanenlaTabla1,mientrasqueenlaTabla2se
presentanlascaracterísticasdelasBateríasdeFlujo.
¾ Bombeo hidráulico (en inglés Pumped Hydroelectric Energy Storage [PHES]): utiliza energía eléctrica
disponible, para bombear agua desde un depósito inferior a otro situado a mayor altitud. Cuando el
agua almacenada en el depósito superior pasa a través de una turbina hidráulica produce energía
eléctrica.
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[ ] El término “inundada” es usado por que este tipo de batería contiene exceso de fluido electrolito, así que las placas están
totalmentesumergidas.
[7] Están diseñadas para que la evolución de las placas positivas durante la carga de oxígeno puede migrar a la placa negativa
donde se reduce a agua. Este proceso reduce significativamente la pérdida de agua. La reducción de oxígeno no es 100%
eficienteyeloxígenoexcedentedebeventilarsejuntoconunacantidadequivalentedehidrógeno.Porestarazón,lasbaterías
VRLAestánequipadasconunaventilacióndepresiónquepermiteventilarelgascuandoaumentalapresióndelgasinterno.
Porestarazónsellamanreguladasporválvula,bateríasnoselladas.
[8]Incorporanunseparadordevidrioporosoquetienelacapacidaddeabsorberunagrancantidaddeelectrolitosmientrassigue
permitiendoquealgunosdelosporosesténsinllenar.Estosporosvacíosactúancomocanalesquepermitenqueeloxígeno
pasedelaplacapositivaalaplacanegativa.Estedispositivodecristalabsorbenteesuncomponentecríticodelabatería,ya
quedebesercapazdesoportarcompresiónaltaparaquepuedamantenerunbuencontactoentreelseparadorylasplacas.
[9]UsanunseparadorcompuestodeunacubiertadevidrioadheridoaunpolietilenoporosouhojadePoliclorurodevinilo.Las
bateríasestánllenasdeungeltixotrópicodesílicemezcladoconácidosulfúrico.
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2014–AñodeHomenajealAlmiranteGuillermoBrown,enelBicentenariodelCombateNavaldeMontevideo
EnlaArgentinasehaninstaladocentralesdebombeoenlasprovinciasdeCórdobayMendoza(Cerro
PeladoyRíoDiamanterespectivamente).
Tabla1:CaracterísticasdelasBaterías.
Tensiónpor
elemento(V)
Duración
(númerode
recargas)
Tiempode
carga
Autodescarga
pormes(%del
total)
Liion 110160Wh/kg
3,16V
4.000
2h4h
25%
LiPo 100130Wh/kg
3,7V
5.000
1h1,5h
10%
NiCd
4880Wh/kg
1,25V
500
1014h*
30%
NiFe
3055Wh/kg
1,2V
+de10.000
48h
10%
NiMh 60120Wh/kg
1,25V
1000
2h4h*
20%
2V
1000
816h
5%
Tipo
Plomo
Energía/peso
3040Wh/kg
Tabla2:CaracterísticasdeBateríasdeFlujo.
Max.voltaje
delacélula
(V)
Pareja
Bromohidrógeno
Promediodedensidad
depotenciadel
electrodo(W/m2)
7,950
Hierrotitanio
0,62
<200
Hierrotitanio
0,43
<200
Hierrocromo
1,07
<200
1,4
~800
Vanadiovanadio(sulfato)
Promediode
densidaddeenergía
delfluido(Wh/kg)
Vanadiovanadio(bromuro)
25
50
14
2014–AñodeHomenajealAlmiranteGuillermoBrown,enelBicentenariodelCombateNavaldeMontevideo
Pareja
Polisulfurodesodio/bromo
Zincbromo
Plomoácido(metanosulfonato)
Zinccerio(metanosulfonato)
Max.voltaje
delacélula
(V)
Promediodedensidad
depotenciadel
electrodo(W/m2)
1,54
~800
1,85
~1,000
1,82
~1,000
Promediode
densidaddeenergía
delfluido(Wh/kg)
75
AlgunosdetallesdelacentraldeCerroPeladosonlossiguientes:
¾ Potencia instalada de 750 MW distribuida en 4 grupos turbinabomba de 187,5 MW / 210 MVA
cadauno.LasturbinassontipoFrancis,Reversiblesde250r.p.m.
¾ La tensión de generación de 16,5 kV adaptada al Sistema Interconectado Nacional de 500 kV
mediantedostransformadorestrifásicosde440MVA.
ElComplejocuentacon2embalses,elsuperiordenominadoCerroPeladoyelinferior,ArroyoCorto.El
desnivelentreambosesde185m.
5. Airecomprimido(eninglésCompressedAirEnergyStorage[CAES]):Elairesecomprimeysealmacena
endepósitos,acuíferosocavidadessubterráneas.Laenergíaalmacenadaseliberaexpandiendoelairea
travésdeunaturbina.
6. Energía térmica: Almacenamiento de energía directamente en forma de calor sensible o latente, más
específicamente, el almacenamiento subterráneo de energía térmica (UTES – Under Ground Thermal
EnergyStorage).
Calor sensible: Se almacena energía térmica elevando la T de un material (agua, líquido orgánico o
sólido).
Calorlatente:Energíaalmacenadaporcambiodefase,fusióndeunsólidoovaporizacióndeunlíquido.
La energía se recupera con el proceso inverso, solidificando el líquido o condensando el vapor. Se
estudiansalesespeciales.
Los materiales con cambio de fase (PCMs) poseen la capacidad de almacenar de calor (unidades de
almacenamientodecalorlatente),altocalordefusiónypuntodetransicióndefaseenelentornodela
temperaturadeoperación.Sepuedenmencionar:Orgánicos:Compuestosdeysinparafina.Inorgánicos:
Saleshidratadas,metálicos.Eutécticos:OrgánicoOrgánico,OrgánicoInorgánico,InorgánicoInorgánico.
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2014–AñodeHomenajealAlmiranteGuillermoBrown,enelBicentenariodelCombateNavaldeMontevideo
¾ Hidrógeno: El hidrógeno no se encuentra en la naturaleza por lo que para usarlo en almacenamiento
debeserpreviamenteproducido,siendolaenergíausadaparaelprocesodegeneraciónlaqueluegoes
almacenada.Porellodebeconsiderarseenconjuntolageneraciónyelalmacenamientodehidrógeno.
Paralaproduccióndehidrógenolasopcionesestudiadas,yalgunasenuso,son:
x REFORMADODEHIDROCARBUROS
Reformadoconvapor
Oxidaciónparcial
DisociaciónTermina
x APARTIRDEAGUA
Descomposiciónelectrolíticadelagua.
Fotoelectrolisis.
Descomposicióntérmicadelagua
Producciónfotobiológica
Ciclostermoquímicos.
Piladecombustibleinversa.
x APARTIRDEBIOMASA
Pirólisisdelabiomasa
Gasificacióndelabiomasa
Reformadodeetanolyazúcares
Producciónbiológica.
Hayvariasformasendesarrolloparaalmacenarhidrógenosiendolasopcionesprincipalescomogases
comprimidos,líquidoscriogénicosyloshidrurosmetálicos;cadasistematienesusprosysuscontrasen
funcióndelaaplicacióndeseada.
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