Electrical energy storage methodsThe problem with energy storage, finding a new future for usMtodos de almacenamiento de energa elctricaEl problema con el almacenamiento de energa, encontrando un nuevo futuro para nosotrosAutores:Jonathan Olmedojolmedo@est.ups .edu.ecJorge Oleasjoleas@est.ups.edu.comPedro Pinedappineda@est.ups.edu.comUniversidad Politcnica SalesianaIngeniera Elctrica - Electrnica1 Julio 2013

IntroductionIn this document we expose the problem with the electrical energy that can be stored; the electricity produced is instantly consumed or lost. The problem of storing this energy can be solved, with pumping autonomous systems (not connected to the network). For example we have to batteries based on chemical reactions. This type of technology has drawbacks that limit their use, such as: weight, cost, low productivity and in some cases the danger of its components (acids, lead, etc.). As consequence of this, we try to improve the use of this kind of batteries and we challenge to ourselves to find new ways of electrical storage with the end of conserve more energy and dont pollute our planet.Other problem that we found when we want to store energy, is the amount of energy wasted. In our paper we expose this and we are trying to find new ways of storing without wasting anything.

IntroduccinEn este documento se expone el problema con la energa elctrica que puede ser almacenada; la electricidad producida se consume instantneamente o se pierde. El problema de almacenar esta energa puede ser resuelto mediante bombeo de sistemas autnomos (no conectados a la red). Como ejemplo tenemos a las bateras basadas en reacciones qumicas. Este tipo de tecnologa tiene inconvenientes que limitan su uso, tales como: peso, el coste, la baja productividad y, en algunos casos el peligro de sus componentes (cidos, plomo, etc.). Como consecuencia de esto, tratamos de mejorar el uso de este tipo de bateras y nos desafiamos a nosotros mismos para encontrar nuevas formas de almacenamiento de electricidad con el fin de conservar ms energa y no contaminar nuestro planeta.Otro problema que nos encontramos cuando queremos almacenar energa, es la cantidad de energa desperdiciada. En nuestro trabajo exponemos esto y estamos tratando de encontrar nuevas formas de almacenar sin perder nada.

Objetivos.- Qu es almacenamiento de energa elctrica? Reconocer diferentes mtodos de almacenamiento de energa. Determinar los Pros y Contras de los diferentes mtodos de energa. Intentar encontrar un sistema de almacenamiento de energa que aumente la confiabilidad de los sistemas elctricos, al evitar los costos de interrupcin del suministro y aumentar la disponibilidad de fuentes renovables.

Conceptualizacin bsica:

Qu es almacenamiento de energa elctrica?El almacenamiento de energa no es ms que la capacidad que tiene la raza humana para poder conservar energa de cualquier forma para luego poder ser liberada cuando esta sea necesaria, aunque parezca raro es un proceso que lo viene realizando la naturaleza desde hace millones de aos por ejemplo, la energa presente en el Big Bang fue transmitida hacia estrellas como el sol y ahora est siendo utilizada directamente por los seres vivos (a travs de la energa solar).Lo importante del almacenamiento de energa es que nos permite satisfacer la demanda incluso cuando existe un desfase con respecto a la generacin.Entonces el almacenamiento de energa elctrica no es ms que guardar electricidad de diferentes formas, para que cuando sea necesaria pueda descargarse y esta sea utilizada para alimentar desde un simple aparato e inclusive poder abastecer una ciudad entera.Existe un falso mito segn el cual la energa elctrica es almacenable a cualquier escala, de manera que es generada, almacenada y utilizada a nuestro antojo, el problema sera que una batera puede almacenar y transportar la cantidad de energa suficiente para alimentar un coche, pero no sera viable para poder alimentar una ciudad por el costo que se tendra que aportar para la generacin de una batera tan grande.

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Diferentes mtodos de almacenamiento de energa.Existen diversas formas de almacenar energa, las cuales pueden agruparse en dos tipos: 1. almacenamiento qumico, como energa contenida en los enlaces moleculares.2. almacenamiento fsico, como energa potencial, cintica, trmica o elctrica.

Los dispositivos de almacenamiento electroqumico de energa, como por ejemplo las bateras, son sistemas capaces de suministrar electricidad sin necesidad de ser conectados a la red. Las radios, linternas, relojes, telfonos mviles, cmaras fotogrficas, calculadoras o juguetes son slo una pequea muestra de una enorme lista de productos que emplean estas fuentes de energa.

Almacenamiento qumicoBatera.- Es un aparato que transforma la energa qumica en elctrica, y consiste en dos o ms pilas elctricas conectadas en serie, en paralelo o en mixto. Se han desarrollado diversos tipos de nuevas bateras para vehculos elctricos. Se trata de versiones mejoradas de las bateras convencionales, pero an tienen numerosos inconvenientes como su corta duracin, alto costo, gran volumen o problemas medioambientales. Estas bateras ocupan poco espacio y apenas tienen efectos dainos para el medioambiente.

Pila elctrica.- Es un dispositivo que convierte la energa qumica en elctrica. Todas las pilas consisten en un electrlito (que puede ser lquido, slido o en pasta), un electrodo positivo y un electrodo negativo. El electrlito es un conductor inico; uno de los electrodos produce electrones y el otro electrodo los recibe. Al conectar los electrodos al aparato que hay que alimentar, llamado carga, se produce una corriente elctrica.

Pilas secundarias.- El acumulador o pila secundaria, que puede recargarse revirtiendo la reaccin qumica, fue inventado en 1859 por el fsico francs Gaston Plant. La pila de Plant era una batera de plomo y cido, y es la que ms se utiliza en la actualidad. Esta batera que contiene de tres a seis pilas conectadas en serie, se usa en automviles, camiones, aviones y otros vehculos. Su ventaja principal es que puede producir una corriente elctrica suficiente para arrancar un motor; sin embargo, se agota rpidamente. El electrlito es una disolucin diluida de cido sulfrico, el electrodo negativo es de plomo y el electrodo positivo de dixido de plomo. En funcionamiento, el electrodo negativo de plomo se disocia en electrones libres e iones positivos de plomo.

Pilas solares.- Las pilas solares producen electricidad por un proceso de conversin fotoelctrica. La fuente de electricidad es una sustancia semiconductora fotosensible, como un cristal de silicio al que se le han aadido impurezas. Cuando la luz incide contra el cristal, los electrones se liberan de la superficie de ste y se dirigen a la superficie opuesta. All se recogen como corriente elctrica. Las pilas solares tienen una vida muy larga y se utilizan sobre todo en los aviones como fuente de electricidad para el equipo de a bordo.

En cambio por parte del almacenamiento de energa fsico podemos presentar mtodos como:

Hidroelectricidad Bombeada.- El sistema de hidroelectricidad bombeada consiste en bombear agua hasta un depsito ubicado a una cierta altura para almacenarla como energa potencial, que puede ser aprovechada a medida que el agua baja en el campo gravitacional de la Tierra accionando una turbina, que acoplada a un generador, permite obtener electricidad.Durante las horas punta (alta demanda), el agua del embalse superior fluye por las turbinas para asegurar el suministro elctrico, almacenndose en el embalse inferior. Durante las horas valle (baja demanda), la electricidad excedente producida por las centrales trmicas se enva a la central de bombeo El agua queda almacenada en el embalse superior, lista para ser usada en las prximas horas punta.

Volante de Inercia/Flywheel.- La inercia mecnica es la base de este mtodo de almacenaje. Un disco pesado que rota es acelerado por un motor elctrico, que acta como generador en reversa, retrasando el disco y produciendo electricidad. La electricidad se almacena como energa cintica. La friccin se debe mantener al mnimo para prolongar el tiempo de almacenamiento. Esto se logra colocando la rueda volante en el vaco y usando cojinetes magnticos, lo cual hace que el mtodo sea costoso. Velocidades ms grandes de la rueda permiten mayor almacenamiento pero requieren materiales fuertes (tales como acero) o materiales compuestos para resistir la fuerza centrfuga. Se est investigando el uso de nanotubos de carbn como material de la rueda.

Almacenamiento de Energa en Superconductores Magnticos.- Los sistemas SMES almacenan energa electromagntica con prdidas insignificantes mediante la circulacin de corriente continua a travs de bobinas superconductoras, enfriadas criognicamente. La energa almacenada se puede lanzar de nuevo a la red descargando la bobina. El sistema utiliza un inversor/rectificador para transformar energa de corriente alterna (AC) a corriente continua (DC) o vice versa. La principal limitacin para el uso comercial de este tipo de aparatos es su alto costo.Supercondensadores.- Los supercondensadores almacenan energa elctrica en forma de cargas electroestticas confinadas en pequeos dispositivos, formados por pares de placas conductivas separadas por un medio dielctrico. Los supercondensadores tiene la capacidad de ser cargados y descargados en brevsimos periodos de tiempo, del orden de segundos o menos, lo cual los hace especialmente apropiados para responder ante interrupciones de suministro de poca duracin.

Almacenamiento Trmico.- Las propuestas de diseo se han orientado al uso de sal fundida como un almacn de calor, recolectado por una torre solar, y utilizado para generar electricidad en mal tiempo o en la noche. Se esperan eficiencias trmicas sobre el 99% en un ao. Otro uso consiste en utilizar electricidad remanente para producir hielo y almacenar hasta el da siguiente, cuando se utiliza para refrescar el aire en un edificio grande, o el aire producido por un turbogenerador de gas, aumentando la capacidad de generacin en momentos pico.

Almacenamiento de Energa con Aire Comprimido.- Estos sistemas utilizan la energa compresiva asociada al aire presurizado contenido en depsitos subterrneos consistente en cavidades naturales o antiguas minas o en acuferos porosos que estn geolgicamente contenidos. El almacenamiento se realiza comprimiendo el aire durante horas valle. Durante horas punta el aire comprimido se utiliza para producir potencia al expandirlo en una turbina de gas con relativamente alta eficiencia.

Hidrgeno.- El hidrgeno tambin se est desarrollando como medio de almacenamiento de energa. La energa se almacena produciendo hidrgeno, a partir del reformado de gas natural o por electrlisis del agua, en horas valle y se libera en horas punta generando electricidad en algn tipo de celda de combustible.

Conclusiones

Refirindonos al tema del almacenamiento de energa, todos estos diferentes mtodos aqu mostrados funcionan de manera muy eficiente, el problema realmente sera el costo y la contaminacin que generan. En la gran mayora de los casos aqu mostrados la produccin a gran escala o para la venta comercial, estos diferentes mtodos estaran fuera de las posibilidades presupuestarias actuales de los estados que intenten industrializar y comercializar estos mtodos de almacenamiento.Por otro lado, tambin se genera contaminacin por la construccin de la infraestructura y por la produccin de desechos, al momento del almacenaje. Sin embargo, la produccin de hidrgeno es un mtodo bastante sustentable, ya, que gracias a esto se dejara por un lado la dependencia de combustibles fsiles y la disminucin de los niveles de contaminacin por las emisiones de dixido de carbono. Esto se lograra bsicamente, a travs de la generacin principal de energa elica. Los aerogeneradores produciran energa durante todo el da, y durante las horas de baja demanda (horas valle), lo que hara factible almacenar energa, para producir hidrgeno y as sostener la demanda durante las horas pico, lo que traera como consecuencia la reduccin de los costos del almacenaje.

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