BATERÍAS DE FLUJO Y SU PAPEL EN EL CALENTAMIENTO DE PROCESOS

Last updated on agosto 22nd, 2022 at 11:02 pm

El hielo, el vidrio y el hierro están revolucionando la forma en que los científicos piensan en el viejo problema del almacenamiento de energía. Esta es la historia de las baterías de flujo, que acaban de surgir como una destacada solución de almacenamiento de energía independiente. 

Durante mucho tiempo, las fuentes de energía renovables, como la solar y la eólica, han estado plagadas de falta de fiabilidad en el suministro de energía. La falta de fiabilidad hizo que tuviéramos que recurrir a centrales eléctricas de carbón o gas para cubrir nuestras necesidades energéticas. 

Una de las soluciones estudiadas para hacer frente a la intermitencia del suministro eléctrico es disponer de un medio de almacenamiento de energía vinculado a las fuentes de energía renovables. Esto significa que almacena la energía en los periodos de máxima producción y la descarga cuando la oferta es inferior a la demanda. Las soluciones de baterías más tradicionales, incluidas las de iones de litio, han demostrado ser caras, peligrosas, inflamables y obstaculizadas por los problemas de degradación del almacenamiento una vez que el ciclo de carga y descarga comienza a aumentar. 

Las baterías de flujo resuelven los problemas asociados a los medios tradicionales de almacenamiento de energía. Una nueva tecnología, las baterías de flujo utilizan electrolitos que se almacenan por separado en tanques. Se bombean a través de una célula electrolítica cuyos compartimentos están separados por una membrana que solo permite el intercambio de iones. La batería de flujo también se denomina batería redox porque abarca la reducción/oxidación en ambos lados de la membrana. A diferencia de las baterías tradicionales, como las de plomo-ácido, en las que el material electroactivo se almacena en los electrodos, las baterías de flujo almacenan la energía en el propio electrolito. 

Tipos de baterías de flujo

Hay muchos tipos de baterías de flujo que varían en densidad de energía y costo, siendo el mayor diferenciador el propio electrolito. Hay alrededor de 10-12 químicas diferentes para sectores industriales que se consideran aplicables. 

Todas las baterías de flujo funcionan de la misma manera. El electrolito negativo (catolito) y el positivo (anolito) se almacenan en un tanque separado. Se bombean a los electrodos para intercambiar iones a través de la membrana de intercambio de iones. La potencia producida es una función de la superficie del electrodo, mientras que el almacenamiento de energía depende del volumen de los electrolitos. Algunos tipos comunes de química de baterías de flujo incluyen: 

• Solución de cloruro ferroso
• Bromo-polisulfuro
• Vanadio-vanadio
• Vanadio-bromo
• Zinc-bromo
• Zinc-cerio. 

Al igual que otras baterías, se pueden apilar baterías de flujo en serie para proporcionar el potencial de voltaje necesario. 

Otro avance reciente son las baterías de flujo híbridas. El material electroactivo se deposita en el electrodo durante el ciclo de carga y se disuelve de nuevo en el electrolito durante el ciclo de descarga. 

Casos de uso de las baterías de flujo

Las baterías de flujo se configuran en función de las necesidades de energía y de la aplicación. Las aplicaciones relacionadas con el almacenamiento de energía de los servicios públicos necesitarían millones de galones de almacenamiento de electrolitos conectados con tuberías a los módulos apilados con tanques montados en el campo. Las aplicaciones comerciales necesitarían una solución modular empaquetada que pueda caber en una sala típica de servicios públicos para un sistema comercial detrás del medidor hasta un paquete en contenedor para una aplicación de 1 MW a 10 MW. 

Una de las desventajas de las baterías de flujo en comparación con las baterías de iones de litio, que requieren menos mantenimiento, es que las pilas de energía, las bombas, las juntas y los instrumentos de control requieren un mantenimiento rutinario y preventivo. Esto aumenta el costo de mantenimiento y el gasto operativo de estas baterías de flujo. Sin embargo, un riguroso plan de mantenimiento preventivo mantiene bajos estos costos de mantenimiento operativo. Investiguemos algunos de los casos de uso de las baterías de flujo en los que se ha demostrado su valor en comparación con las baterías de iones de litio.

Calentamiento del proceso

El calentamiento del proceso con calentadores de inmersión es una de las aplicaciones importantes de las baterías de flujo. En comparación con la batería de iones de litio, que está diseñada para una descarga profunda, sufre de una mayor degradación con el aumento de los ciclos de carga y descarga. El almacenamiento máximo de energía disponible es inferior a 6 horas. 

Los calentadores de proceso, ya sean para centrales eléctricas o instalaciones petroquímicas, requieren fuentes de energía fiables para alimentar los calentadores de inmersión. Tradicionalmente, esa energía procede de la red o de generadores de gas/diesel, que contribuyen a las emisiones de gases de efecto invernadero. Sin embargo, en los últimos años todas las entidades y empresas están tratando de incorporar objetivos ESG en sus metas. Las baterías de flujo han surgido como un fuerte candidato para proporcionar energía a las aplicaciones de calentamiento de procesos. Estas baterías se expanden a un paquete apilado a escala comercial para proporcionar una alta corriente comúnmente demandada en el calentamiento de procesos. 

La seguridad es una de las principales ventajas de las baterías de flujo. No utilizan productos químicos inflamables, tóxicos o explosivos, especialmente en el caso de baterías de flujo de hierro. Pueden ampliarse para un mayor almacenamiento de energía gracias a los electrolitos químicos conservados en el exterior de los tanques. El módulo de control de potencia y las características de la célula, como el área de los electrodos, no necesitan cambiarse o modificarse para mejorar la capacidad. Se mantendrá igual si la tensión requerida es la misma. Esto supone una importante ventaja para el calentamiento de procesos que pueden necesitar la ampliación de zonas industriales en el futuro. Un sistema intrínsecamente seguro es un requisito la mayoría de las veces.  

Arbitraje

Una aplicación clásica de las baterías de flujo en el mercado de la energía es cuando los picos de demanda suponen una gran carga para la estructura de suministro de la red existente. Esto, unido a los factores medioambientales, da lugar a un aumento de los costos de la energía. Las baterías de flujo pueden ayudar fácilmente a equilibrar la carga, quitando así la carga de la capacidad de generación de energía existente. 

Detrás del medidor

Una de las aplicaciones a escala comercial de las baterías modulares de flujo apilado en contenedores es la de las aplicaciones detrás del medidor. 

• Hospitales
• Campus residenciales
• Instalaciones de fabricación

Pueden reducir considerablemente los costos durante los periodos de máxima demanda, cuando se cobran tarifas unitarias por kWh de electricidad. En los casos en que se produzcan recortes voluntarios o involuntarios de los proveedores de la red nacional, estas baterías de flujo pueden proporcionar la energía que tanto se necesita. 

Conclusión

Las baterías de iones de litio dominan actualmente el mercado de almacenamiento de energía. Pero debido al almacenamiento más corto de cargas, los clientes, especialmente los proveedores de energía renovable, están buscando sistemas de almacenamiento de energía a largo plazo. Los costos de las baterías de flujo y de iones de litio están disminuyendo debido a las economías de escala y a la eficacia de la producción. Con la tecnología actual de las baterías de iones de litio, el costo ($/kWh) es constante más allá de las 4 horas, debido a la necesidad de añadir más baterías. Pero con las baterías de flujo, cuando el almacenamiento aumenta más allá de 6 u 8 horas, el costo unitario disminuye. Lo que los convierte en un candidato ideal como activo de almacenamiento de energía a largo plazo.