Basado en las diferentes formas de almacenamiento de energía,tecnologías de almacenamiento de energíaSe puede dividir en cinco categorías: tecnología de almacenamiento de energía mecánica, tecnología de almacenamiento de energía electroquímica, tecnología de almacenamiento de energía eléctrica, tecnología de almacenamiento de energía química y tecnología de almacenamiento de energía térmica.
◇Tecnología de almacenamiento de energía eléctrica.
◇Tecnología de almacenamiento de energía química.
◇Tecnología de almacenamiento térmico
Tecnología de almacenamiento de energía mecánica.
Como es bien sabido, en la naturaleza existen diversas formas de energía cinética y potencial, como el agua corriente, el viento natural, las mareas y las olas; Las actividades humanas también generan una gran cantidad de energía cinética y potencial, como el movimiento de personas, vehículos, barcos y fluidos. Todas estas energías, tanto las generadas en la naturaleza como las generadas por las actividades humanas, son fuentes de energía renovables. La energía mecánica es la suma de la energía cinética y potencial, una cantidad física que representa el estado de movimiento y la altitud de un objeto. La energía cinética y potencial de un objeto se pueden convertir entre sí; En el proceso de conversión mutua entre energía cinética y potencial, la cantidad total de energía mecánica permanece constante, es decir, la energía mecánica se conserva.
El almacenamiento de energía mecánica es una tecnología que convierte la energía en energía mecánica para su almacenamiento y luego la vuelve a convertir en energía eléctrica cuando es necesario. Los métodos comunes de almacenamiento de energía mecánica incluyen el almacenamiento hidráulico por bombeo, el almacenamiento de aire comprimido y el almacenamiento de energía mediante volante de inercia. Las tecnologías de almacenamiento mecánico de energía suelen tener una alta densidad de potencia, capacidades de respuesta rápida y una larga vida útil, lo que las hace adecuadas para la regulación de la red y el suministro de energía de emergencia. Su tiempo y escala de almacenamiento varían según la tecnología específica, desde minutos hasta días, y pueden satisfacer diversas necesidades de almacenamiento de energía.
Almacenamiento hidráulico por bombeo:
El almacenamiento hidráulico por bombeo es actualmente la tecnología de almacenamiento de energía a gran-escala más utilizada. Utiliza electricidad para bombear agua desde un depósito de bajo-nivel a un depósito de alto-nivel, almacenando su energía potencial. Durante los períodos de máxima demanda de electricidad, el agua se libera para generar electricidad a través de turbinas. Este método tiene una eficiencia de conversión relativamente alta (normalmente entre 70 % y 85 %), es adecuado para regular las diferencias entre picos y valles en la red eléctrica y ofrece una gran capacidad de almacenamiento y un funcionamiento estable.
El almacenamiento hidráulico por bombeo se utiliza a menudo para apoyar la integración de la red de energía renovable, equilibrar las fluctuaciones de la oferta y la demanda, y posee una larga duración de almacenamiento y una fuerte capacidad de reserva. Su principio se muestra en la Figura 1-1.
Almacenamiento de energía de aire comprimido:
El almacenamiento de energía de aire comprimido implica comprimir aire mediante un compresor accionado eléctricamente y almacenarlo en cavernas subterráneas, tanques o recipientes a presión. Cuando aumenta la demanda de electricidad, el aire comprimido almacenado se libera, se calienta y se utiliza para impulsar una turbina para generar electricidad. El almacenamiento de energía por aire comprimido normalmente ofrece capacidades de almacenamiento de energía a gran-escala y a largo plazo-, con eficiencias que generalmente oscilan entre el 50% y el 70%. Estas eficiencias se pueden mejorar aún más cuando se combinan con tecnologías de recuperación de calor. Es adecuado para la integración con plantas de energía renovable-a gran escala para mejorar la flexibilidad y estabilidad de la red.
Almacenamiento de energía del volante:
El almacenamiento de energía del volante utiliza un motor para impulsar un volante a alta velocidad, convirtiendo la energía eléctrica en energía cinética para el almacenamiento. Cuando es necesario, el volante utiliza un generador para convertir la energía cinética nuevamente en energía eléctrica. La tecnología de almacenamiento de energía Flywheel es conocida por su velocidad de respuesta extremadamente rápida (normalmente en el rango de milisegundos) y su alto ciclo de vida (hasta cientos de miles de ciclos), lo que la hace adecuada para escenarios de almacenamiento de energía de alta-potencia a corto-plazo, como la regulación de frecuencia de la red y los sistemas de alimentación ininterrumpida (UPS). El almacenamiento de energía del volante suele tener una alta eficiencia de conversión, que alcanza entre el 85% y el 95%, pero su tiempo de almacenamiento es relativamente corto y generalmente se usa para equilibrar las fluctuaciones de energía a corto-plazo. La Figura 1-2 muestra el diagrama esquemático de un sistema de energía de almacenamiento de energía con volante de inercia.
Tecnología de almacenamiento de energía electroquímica.
El almacenamiento de energía electroquímica es una tecnología que convierte la energía eléctrica en energía química mediante reacciones electroquímicas, almacenándola y luego convirtiéndola nuevamente en energía eléctrica cuando sea necesario. Su núcleo es el almacenamiento y liberación de energía mediante el proceso de carga y descarga de baterías. La tecnología de almacenamiento de energía electroquímica tiene ventajas como velocidad de respuesta rápida, alta eficiencia, instalación flexible y diseño modular, lo que la hace adecuada para escenarios como la regulación de frecuencia conectada a la red-de energía renovable, la regulación de valles-picos y el suministro de energía de emergencia. Actualmente, las principales tecnologías de almacenamiento de energía electroquímica incluyen baterías de plomo-ácido, baterías de níquel-hidruro metálico, baterías de iones de litio-, baterías de iones de sodio-y baterías de flujo, cada una con su rendimiento, escenarios de aplicación y potencial de desarrollo únicos. Con la creciente proporción de energía renovable, el almacenamiento de energía electroquímica desempeña un papel crucial en la transformación de la estructura energética global y es una garantía importante para lograr un sistema energético limpio, bajo-carbono y seguro.
Baterías-de plomo:
Las baterías de plomo-ácido son una-tecnología de almacenamiento de energía electroquímica establecida desde hace mucho tiempo y ampliamente utilizada. Su principio implica el uso de plomo y sus óxidos como materiales de electrodos positivos y negativos, y una solución acuosa de ácido sulfúrico como electrolito, para cargar y descargar a través de una reacción electroquímica. Las baterías de plomo-ácido tienen ventajas como bajo costo de producción, tecnología madura, alta confiabilidad y fuerte resistencia a la sobrecarga y sobre{5}}descarga, y se usan ampliamente en baterías de arranque de automóviles, fuentes de alimentación de respaldo y sistemas de almacenamiento de energía. Sin embargo, las baterías de plomo-ácido tienen una baja densidad de energía, un ciclo de vida limitado y contienen plomo tóxico, que puede contaminar el medio ambiente si se elimina de forma inadecuada. A pesar de esto, las baterías de plomo-ácido todavía ocupan una posición importante en ciertos campos, especialmente en aplicaciones donde-los costos son sensibles. En el futuro, el reciclaje respetuoso con el medio ambiente y la mejora del rendimiento de las baterías de plomo-ácido serán direcciones clave para el desarrollo de esta tecnología.
Baterías de níquel-hidruro metálico (NiMH):
Las baterías de NiMH son una tecnología de almacenamiento de energía electroquímica que utiliza hidróxido de níquel como electrodo positivo e hidruro de níquel como electrodo negativo. Ofrecen ventajas como una alta densidad energética, respeto al medio ambiente y un largo ciclo de vida. En comparación con las baterías tradicionales, las baterías de NiMH no presentan los riesgos químicos asociados con el cadmio y el molibdeno, lo que las hace más respetuosas con el medio ambiente. Por lo tanto, se utilizan ampliamente en herramientas eléctricas, vehículos híbridos y dispositivos electrónicos portátiles. También tienen una alta eficiencia de carga-descarga y pueden funcionar de manera estable en diversos entornos. Una característica clave de las baterías de níquel es su fuerte tolerancia a sobrecargas y sobredescargas, lo que las hace excelentes en aplicaciones que requieren cargas y descargas frecuentes. Aunque el auge de las baterías de iones de litio-en los últimos años ha provocado una disminución de la cuota de mercado de las baterías de NiMH, todavía mantienen un lugar en áreas de aplicación específicas.
Baterías-de iones de litio:
Las baterías de iones de litio-son una tecnología de almacenamiento de energía electroquímica que logra la carga y descarga mediante la inserción y extracción de iones de litio entre los electrodos positivo y negativo. El peso ligero del litio y su alta densidad energética han llevado a la aplicación generalizada de baterías de iones de litio-en dispositivos electrónicos portátiles, vehículos eléctricos y almacenamiento de energía renovable. Las baterías de iones de litio-ofrecen ventajas como un ciclo de vida prolongado y la ausencia de efecto memoria, pero también presentan ciertos problemas de seguridad, como la fuga térmica causada por la sobrecarga y la sobre-descarga. Con los avances tecnológicos, la seguridad y el rendimiento electroquímico de las baterías de iones de litio-han mejorado continuamente, mientras que los costos han disminuido, lo que las convierte en una de las baterías de almacenamiento de energía más utilizadas en el mercado actual. En el futuro, se espera que el desarrollo de tecnologías como electrolitos-de estado sólido y ánodos-de silicio mejoren aún más el rendimiento electroquímico y la seguridad de las baterías de iones de litio-.
Baterías de iones-de sodio:
Las baterías de iones de sodio-son una nueva tecnología de almacenamiento de energía electroquímica que se está desarrollando rápidamente en los últimos años. Su principio de funcionamiento es similar al de las baterías de iones de litio-, donde los iones de litio se intercalan y desintercalan entre los electrodos positivo y negativo para la carga y descarga. Las ventajas de las baterías de iones de sodio- residen en la abundancia y el bajo costo de los recursos de sodio, y su independencia de las limitaciones de los recursos de litio, lo que las hace particularmente adecuadas para aplicaciones de almacenamiento de energía a gran-escala. Aunque su densidad de energía es menor que la de las baterías de iones-de litio, las baterías de iones-de sodio exhiben un buen rendimiento en términos de estabilidad del ciclo, rendimiento a baja-temperatura y seguridad, lo que muestra una gran promesa para el desarrollo futuro. Actualmente, la investigación sobre baterías de iones-de sodio se centra en mejorar la densidad de energía, ampliar el ciclo de vida y reducir los costos de fabricación. Con los continuos avances tecnológicos, se espera que las baterías de iones de sodio-se conviertan en una de las soluciones importantes para el almacenamiento de energía a gran-escala en el futuro.
Batería de flujo:
Las baterías de flujo son una tecnología de almacenamiento de energía electroquímica en la que el electrolito se almacena en un tanque externo. Su principio implica el almacenamiento y liberación de energía mediante reacciones electroquímicas entre dos electrolitos diferentes dentro de la batería. Una característica importante de las baterías de flujo es su potencia y energía ajustables de forma independiente; la capacidad de almacenamiento se puede ampliar aumentando la cantidad de electrolito almacenado, lo que los hace especialmente adecuados para aplicaciones de almacenamiento de energía a gran-escala y a largo plazo-. Los tipos comunes de baterías de flujo incluyen baterías de flujo redox de vanadio y baterías de flujo de zinc/bromo. Las baterías de flujo ofrecen una larga vida útil, buena seguridad y respeto al medio ambiente, pero su inversión inicial es alta y el sistema de batería es complejo. Con los avances tecnológicos, el potencial de las baterías de flujo en el almacenamiento de energía a gran-escala está surgiendo gradualmente, especialmente en aplicaciones de regulación e integración de redes de energía renovable.