Cuando aprende sobre energías renovables, a menudo se encuentra con el término "ESS". ¿Qué representa? Este artículo le proporcionará una explicación detallada y los principios utilizando un lenguaje sencillo.
¿Qué significa "ESS" en el campo de la energía?
En el sector energético, ESS es el acrónimo de "Sistema de almacenamiento de energía" Se refiere a un método de almacenamiento temporal de energía mediante un enfoque específico y su liberación cuando sea necesario. Se utiliza a menudo en el campo de las energías renovables. Ya se trate de energía hidroeléctrica, solar, eólica, mareomotriz, etc., la electricidad generada por estas fuerzas naturales es enorme y continua. Para evitar que la energía generada se desperdicie, el ESS se construye para maximizar el uso de la energía.
El ESS también se aplica en el almacenamiento de energía comercial e industrial para evitar la sobrecarga durante los picos de demanda de electricidad y ahorrar costes. Algunas empresas optan por construir un sistema ESS para almacenar electricidad cuando los precios de la red son bajos y liberarla cuando los precios son altos, ahorrando así costes.
De hecho, el ESS no es exclusivo de los grandes proyectos. Con las mejoras tecnológicas de las baterías de litio en los últimos años, han aparecido en el mercado muchas baterías domésticas de almacenamiento de energía, que permiten a la gente almacenar energía solar y utilizarla en días nublados o por la noche.
Cómo funciona el SEE
El principio básico de un ESS es convertir y almacenar la energía obtenida, para luego liberarla cuando se necesite. A través de un convertidor, la energía eléctrica se convierte en una forma adecuada para su almacenamiento, comúnmente en energía eléctrica almacenada en baterías de iones de litio.
Componentes del SEE
Los SEE suelen constar de varios componentes clave, cada uno de los cuales desempeña un papel esencial en la funcionalidad general del sistema:
Dispositivo de almacenamiento de energía:
El dispositivo de almacenamiento de energía es la parte central del ESS, utilizada para almacenar energía.
Sistema de conversión de energía (PCS):
El sistema de conversión de energía se encarga de convertir la energía durante su almacenamiento y liberación. Incluye inversores (que convierten la corriente continua en alterna) y rectificadores (que convierten la corriente alterna en continua).
Sistema de gestión de baterías (BMS):
Para los sistemas basados en baterías, el Sistema de Gestión de Baterías es un componente crítico. El BMS supervisa y gestiona la tensión, la corriente, la temperatura y el estado de carga de la batería para garantizar su funcionamiento seguro, evitando la sobrecarga, la sobredescarga y el sobrecalentamiento. El BMS también puede equilibrar la tensión entre las celdas de la batería para prolongar su vida útil.
Sistema de gestión de la energía (SGE):
El Sistema de Gestión de la Energía se utiliza para optimizar el funcionamiento de todo el sistema. El EMS supervisa la entrada y salida de energía, gestiona los tiempos de carga y descarga del dispositivo de almacenamiento de energía y garantiza que el sistema pueda maximizar el uso de la energía almacenada en función de la demanda de carga y de las fluctuaciones del precio de la electricidad.
Sistema de refrigeración:
El sistema de refrigeración se utiliza para mantener la estabilidad de la temperatura del dispositivo de almacenamiento de energía, especialmente en los sistemas de almacenamiento de energía por batería o mecánicos. La gestión de la temperatura es crucial para prolongar la vida útil del sistema y garantizar un funcionamiento seguro. Se suelen utilizar sistemas de refrigeración por líquido o por aire.
Dispositivos de protección:
Los dispositivos de protección incluyen disyuntores, fusibles, aisladores y dispositivos de puesta a tierra. Estos dispositivos se utilizan para proteger el sistema de sobrecargas, cortocircuitos, fluctuaciones de tensión y otros fallos eléctricos, garantizando que el sistema pueda desconectarse de forma segura en caso de condiciones anormales.
Sistema de vigilancia y control:
Este sistema proporciona funciones de supervisión y control de datos en tiempo real. Puede supervisar el estado de la ESS, como el nivel de carga de la batería, la temperatura y la potencia de salida, de forma remota o local.
Sistema de comunicación:
El sistema de comunicación se utiliza para conectar el sistema con sistemas de control externos o con la red. Permite el intercambio de datos entre el EMS, el BMS y otros sistemas de control.
¿Qué tipos de SEE existen?
Basándose en los principios del convertidor, los ESS pueden dividirse en varias ramas. A continuación, presentaré algunos tipos utilizados en la vida real y sus respectivas ventajas e inconvenientes:
Batería ESS (BESS)
Principio: Los sistemas de almacenamiento de energía basados en baterías almacenan la energía eléctrica en forma química dentro de una batería. Los tipos más comunes son las baterías de iones de litio, en las que los iones de litio se mueven entre el ánodo y el cátodo durante los ciclos de carga y descarga. Otros tipos son las baterías de flujo, que almacenan la energía en electrolitos líquidos.
Ventajas: Alta densidad energética y larga vida útil; alta eficiencia de carga y descarga; el diseño modular permite un dimensionamiento en función de las necesidades.
Desventajas: Coste inicial elevado; la duración de la batería se ve afectada por las condiciones ambientales.
Caso práctico: Proyecto comercial de baterías de almacenamiento de energía solar de PKNERGY.
Almacenamiento de energía térmica
Principio: Los sistemas de almacenamiento de energía térmica (TES) almacenan energía en forma de calor o frío, que posteriormente puede utilizarse para generar electricidad o proporcionar calefacción/refrigeración. Entre los materiales habituales para los TES se encuentran el agua, el hielo o las sales fundidas. Estos sistemas suelen funcionar junto con la energía solar u otras fuentes renovables.
Ventajas: Largo tiempo de almacenamiento de energía; sistema relativamente sencillo con bajos costes de mantenimiento; puede equilibrar las demandas de energía estacionales.
Desventajas: Baja densidad energética; la pérdida de calor puede reducir la eficacia; se necesita mucho espacio para almacenar los materiales.
Caso práctico: La central solar de Gemasolar, en España, utiliza sales fundidas para almacenar el calor.
Almacenamiento de energía en aire líquido (LAES)
Principio: El almacenamiento de energía en aire líquido (LAES) consiste en enfriar el aire a temperaturas criogénicas (alrededor de -196°C) para licuarlo, que luego se almacena en tanques aislados. Cuando se necesita energía, el aire líquido se expone a la temperatura ambiente, lo que hace que se expanda rápidamente y vuelva a convertirse en gas. Este proceso de expansión acciona una turbina para generar electricidad. Los sistemas LAES también pueden utilizar el calor o el frío residuales para mejorar su eficiencia.
Ventajas: Puede almacenar energía a gran escala, adecuada para la regulación de la red; utiliza materias primas baratas y no tóxicas (aire); larga vida útil del sistema con escasas necesidades de mantenimiento; mayor densidad energética, especialmente cuando se combina con calor residual o frío.
Desventajas: Menor eficiencia de conversión, normalmente en torno a 50-60%; costes de construcción elevados que requieren infraestructuras a gran escala; requiere una tecnología de almacenamiento a baja temperatura, lo que implica pérdidas de energía.
Caso práctico: El proyecto de almacenamiento de energía en aire líquido de Highview Power en el Reino Unido.
Almacenamiento de energía en aire comprimido (CAES)
Principio: Los sistemas CAES utilizan el excedente de electricidad para comprimir aire y almacenarlo en cavernas o depósitos subterráneos. Cuando la demanda de energía es alta, el aire comprimido se libera, se calienta y se expande para impulsar turbinas que generan electricidad.
Ventajas: Adecuado para el almacenamiento de energía a gran escala; bajo coste, especialmente cuando se utilizan cavernas subterráneas naturales; permite el almacenamiento de energía a largo plazo.
Desventajas: Baja eficiencia del sistema con importantes pérdidas de energía; requiere un gran espacio subterráneo; impactos medioambientales, como las emisiones de carbono durante el calentamiento del aire.
Caso práctico: Las instalaciones del CAES en McIntosh, EE UU.
Almacenamiento de energía mediante volante de inercia
Principio: Los sistemas de almacenamiento de energía en volantes convierten la energía eléctrica en energía cinética haciendo girar un rotor a gran velocidad. Cuando se necesita energía, la energía cinética del rotor se convierte de nuevo en energía eléctrica.
Ventajas: Alta densidad de potencia; requisitos de mantenimiento extremadamente bajos; capacidad de carga y descarga rápidas.
Desventajas: Baja densidad energética; costes de construcción elevados; tiempo de almacenamiento de energía corto, adecuado para necesidades de equilibrado a corto plazo.
Caso práctico: El sistema de almacenamiento de energía con volante de inercia de Beacon Power.
Almacenamiento de energía química
Principio: El almacenamiento de energía química consiste en convertir la energía eléctrica en energía química, normalmente en forma de hidrógeno u otros portadores químicos. Posteriormente, esta energía puede volver a convertirse en electricidad mediante pilas de combustible u otros procesos químicos.
Ventajas: Alta densidad energética; permite el almacenamiento de energía a largo plazo; materias primas ampliamente disponibles con aplicaciones flexibles.
Desventajas: Menor eficiencia de conversión; tecnología compleja con costes elevados; importantes necesidades de infraestructura, especialmente para el almacenamiento y el transporte del hidrógeno.
Caso práctico: La instalación Power-to-Gas de Alemania convierte el exceso de electricidad en hidrógeno para su almacenamiento.
Factores clave que afectan al coste de los SEE
En el coste de un sistema de almacenamiento de energía (ESS) influyen principalmente factores como el tipo de batería, el tamaño del sistema, los costes de material, los gastos de fabricación e instalación, los costes de mantenimiento y funcionamiento (OPEX), así como la vida útil del sistema y el número de ciclos. La escala y la complejidad del ESS, los requisitos de calidad y los costes de mantenimiento y sustitución a largo plazo influyen en la rentabilidad global del ESS. Además, cuanto más larga sea la vida útil del sistema y más ciclos pueda completar, menor será el coste a largo plazo.
Conclusión
Como medio para almacenar energía, los sistemas ESS pueden reducir significativamente la dependencia de la sociedad de los combustibles fósiles tradicionales. Especialmente para los países con una elevada demanda de electricidad, tanto los pequeños ESS domésticos como el almacenamiento de energía comercial a gran escala ofrecen buenas soluciones. Esto significa que el mercado del almacenamiento de energía será cada vez más popular. Póngase en contacto con PKNERGY ahora para saber más sobre la construcción de un ESS.
PREGUNTAS FRECUENTES:
¿Cómo funciona un sistema de almacenamiento de energía solar?
El principio de funcionamiento de un sistema de almacenamiento de energía solar consiste en almacenar el exceso de energía generado por los paneles solares. Cuando brilla el sol, los paneles solares producen electricidad, que puede utilizarse inmediatamente o almacenarse en un sistema de almacenamiento de energía (ESS) para su uso posterior.
¿Se puede tener respaldo de batería sin energía solar?
Sí, puede cargarse de la red para utilizarla como fuente de energía de reserva sin necesidad de un sistema solar.
¿Cuánta electricidad puede almacenarse en una pila?
Depende del tamaño de la batería que utilice. Los acumuladores de energía domésticos más comunes son los de 5kWh, 10kWh, 15kWh
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