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Cómo funciona el almacenamiento de energía en red

Cómo funciona el almacenamiento de energía en red
Satisfacer
  1. Importancia del almacenamiento de energía de la red en días normales
  2. Importancia del almacenamiento de energía de la red en días extraordinarios
  3. Tipos de almacenamiento de energía en red: hidroeléctrica bombeada
  4. Tipos de almacenamiento de energía en red: ruedas, placas y anillos.
  5. Tipos de almacenamiento de energía en red: celdas
  6. Ahorro de almacenamiento de energía en la red

Importancia del almacenamiento de energía de la red en días normales

Todos los días, las empresas de energía planifican la cantidad de electricidad que producirán al día siguiente. Intentan predecir lo que harán los clientes, especialmente leyendo los registros de uso histórico el mismo día del año anterior. Luego, ajustan estos números al pronóstico del tiempo actual para el día siguiente.

“Es imposible predecir exactamente cuál será la demanda de electricidad en un momento dado”, dice John Boyes, que dirige el programa de almacenamiento de energía en Sandia National Laboratories. Este escenario permite que las empresas de servicios públicos generen más o menos electricidad de la que utilizan los consumidores. La incompatibilidad envía ondas a través de la red, incluidas las variaciones en la frecuencia de CA, que, si no se comprueban, pueden dañar los componentes electrónicos. Los operadores regionales de energía, o los operadores independientes de la red (ISO), están interviniendo y tratando de llenar el vacío, pidiendo a algunas plantas de energía que cambien la cantidad de electricidad que producen. Pero las plantas nucleares y fósiles no pueden hacer esto rápidamente. Su lentitud exacerba el desajuste entre la oferta y la demanda de electricidad.

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Ahora considere lo que sucede en un día caluroso en Los Ángeles, cuando la gente de toda la ciudad enciende el aire acondicionado. Esos son la demanda máxima condiciones en las que la mayoría de los clientes consumen más electricidad, lo que ocurre durante unas pocas horas de cinco a diez días al año. Hoy en día, las instalaciones llaman plantas picudas están llamados a actuar. Estas costosas plantas de combustibles fósiles están inactivas todo el año y pueden emitir más contaminación atmosférica que una gran central eléctrica de carbón. “No nos gustaría hacer eso en un [smoggy] una ciudad como Los Ángeles, pero lo hacemos de todos modos ”, dice Imre Gyuk. Si las fábricas fallan, las empresas de servicios públicos pagan a los grandes clientes, como las fundiciones de aluminio, para que utilicen menos electricidad. .

Mientras tanto, las antiguas subestaciones están sobrecargadas. Llevan más corriente de la que deberían y las estructuras metálicas se calientan. “No es una práctica recomendada”, dice Boyes.

Si la red eléctrica parece estresada, aún no ha visto nada. Leer.

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Importancia del almacenamiento de energía de la red en días extraordinarios

Puede que no sea cualquier día. Quizás un árbol caiga sobre un cable de alimentación o un rayo lo golpee. Estas perturbaciones reducirán el voltaje de la línea al nivel esperado. Cambios en computadoras con recuperación de voltaje. Su alarma ahora parpadea al mediodía. O peor: “Para todos los procesos de fabricación automatizados, si la computadora se reinicia, detiene el proceso. Si eres un fabricante de plásticos y tus máquinas se enfrían, el plástico se solidifica en tus máquinas ”, explica Boyes.

¿Qué pasa si los eventos del día superan los esfuerzos de los servicios públicos para compensar? Sí, lo adivinó, está experimentando un corte de energía. Esto ciertamente sucedió en el noreste en 2003.

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Con la red ya confusa, es difícil imaginar agregar más energías renovables, como la eólica y la solar, ya que son fuentes de energía intermitentes. Sabemos que los clientes son impredecibles, pero ahora también lo es la electricidad. Cuando el viento se apaga inesperadamente, un parque eólico puede perder 1.000 megavatios en minutos y debe comprar e importar electricidad rápidamente para sus clientes.

La alternativa es usar una planta de combustibles fósiles de tipo pico, pero esto agrega contaminación del aire a la electricidad limpia. Donde la naturaleza puede gobernar. En los parques eólicos de Texas, el viento sopla casi exclusivamente de noche, cuando la demanda es débil y el precio de la electricidad es negativo. “Esto significa que tienes que pagar a la red para encender la electricidad”, explica Gyuk. “Hablé con alguien que enciende el aire acondicionado toda la noche para enfriar la casa porque puede hacerlo gratis. Luego cierra las ventanas”.

Según Gyuk, estos problemas empeorarán si usamos más productos electrónicos y más electricidad. Entonces, ¿cuál podría ser la respuesta a estos problemas? Almacenamiento de energía en red.

Antes de entrar en el tema, es importante comprender qué significa almacenar energía. La tarea de la red es suministrar electricidad a cada cliente a 120 voltios y 60 hercios. Esto se logra agregando o quitando cadena de la rejilla. Un dispositivo de almacenamiento ayuda agregando o quitando energía exactamente cuando sea necesario.

Siga leyendo para descubrir cómo el almacenamiento de energía puede fortalecer la red.

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Tipos de almacenamiento de energía en red: hidroeléctrica bombeada

Hidroeléctrica bombeada las estaciones utilizan el agua que cae para generar electricidad. Un ejemplo de esto se puede ver en Raccoon Mountain, Tennessee. Al pie de la montaña, la Autoridad del Valle de Tennessee (TVA) creó un lago drenando parte del río Tennessee.

Cuando los clientes no usan mucha electricidad, TVA desvía la electricidad de otras plantas a una planta dentro de la montaña. La electricidad hace que las turbinas de la casa retrocedan, empujando el agua del lago a través de un túnel de montaña. Después de 28 horas, la parte superior de la pelvis está llena. Para producir electricidad, TVA abre un desagüe en el tanque superior. El agua cae directamente al centro de la montaña y hace que las turbinas giren hacia adelante, produciendo electricidad. Cae durante 22 horas, produciendo constantemente 1.600 megavatios de electricidad, que es el poder de una gran central eléctrica de carbón. TVA suma esta electricidad al aporte de sus otras plantas en días de alta demanda [source: TVA].

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Las plantas de bombeo hidroeléctricas operan en todo el mundo y producen entre 200 megavatios y 2000 megavatios de energía en los días pico. [source: Cole]. Emiten cero contaminación y, una vez cargados, se conectan en 15 minutos, más rápido y más respetuoso con el medio ambiente que una fábrica más débil. El único problema es que “no tenemos buenos sitios para eso”, dice Gyuk.

Almacenamiento de energía de aire comprimido (CAES) es el almacenamiento de plantas de gas natural. Por lo general, estas plantas queman gas natural para calentar el aire, que impulsa una turbina en un generador. Cuando las plantas de gas natural están ubicadas cerca de un agujero subterráneo, como una cueva antigua o una mina, pueden usar CAES. En días lentos, la planta puede generar electricidad para operar un compresor que comprime el aire exterior y lo empuja hacia el pozo subterráneo. En los días en que los clientes necesitan la máxima cantidad de electricidad, la planta puede soplar aire comprimido contra la turbina, empujándolo junto con el aire caliente normal. Este aire comprimido puede ayudar durante horas y horas, agregando constantemente de 25 megavatios a 2700 megavatios de electricidad a la producción de la planta en los días pico. [source: Cole].

Siga leyendo para saber dónde podemos almacenar energía en la red.

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Tipos de almacenamiento de energía en red: ruedas, placas y anillos.

Ahora es el momento de buscar almacenamiento que proporcione mucha electricidad o menos durante un período de tiempo prolongado. Estos sistemas no pueden enviar una gran cantidad de electricidad a los consumidores a lo largo del día, al igual que la hidroelectricidad de bombeo y CAES.

Volantes almacenar energía girando. Los más rápidos consisten en un motor, un imán levitante, una aspiradora para reducir fricción y un casco para mayor seguridad. Cuando hay electricidad adicional disponible en la red, el motor puede funcionar, lo que hace que el imán gire. Cuando se necesita electricidad, los volantes pueden girar en minutos u horas, dependiendo de la situación.

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En la red eléctrica, los volantes son controladores de buena calidad. Son buenos para estabilizar la frecuencia que, como dijimos, fluctúa por encima y por debajo de los 60 hercios en los Estados Unidos en la actualidad. Aumenta cuando las empresas de servicios públicos producen más electricidad de la que consumen los clientes y disminuye cuando las empresas de servicios públicos producen menos. Los volantes cambian esto porque los ISO pueden controlarlos directamente, eventualmente serán automáticos, por lo que nadie necesita llamar a Jane en la Fábrica A y esperar a que la generación aumente o disminuya para corregir el problema de frecuencia. Con una respuesta rápida, la frecuencia se puede suavizar antes de que el cliente se dé cuenta. De hecho, varios USISO están probando cojines de volante [source: Beacon Power 1, Beacon Power 2, Beacon Power 3].

Otro uso de los volantes es estabilizar la tensión en la red. ¿Qué podría cambiar el voltaje en estas fuertes líneas eléctricas? Experimente los efectos dominó de los cortes de energía, la tala de árboles y los trenes eléctricos. Cuando los trenes de metro o tranvía se detienen, generan electricidad, aumentando la tensión y provocando una subida local. Cuando los trenes salen de la estación, consumen electricidad, provocando una caída de voltaje y tirando de la corriente a otra parte. Los volantes pueden tirar y soltar la cadena, dejando intacto el resto de la rejilla. De hecho, fueron probados en los trenes del metro de Nueva York. [source: Kennedy].

Los volantes también son excelentes para los parques eólicos, donde pueden generar electricidad adicional durante las ráfagas y escupirla durante las desaceleraciones, para que los clientes no experimenten fluctuaciones.

Supercondensadores, incluso más rápido que los volantes, almacena energía separando cargas. Son “excelentes” porque almacenan más energía que los capacitores tradicionales, pero funcionan de la misma manera. Cuando hay electricidad adicional, se puede usar para repeler las cargas de algunas placas de metal y otras, dejando algunas con carga positiva y otras con carga negativa. Cuando se necesita electricidad, las placas se neutralizan y la carga circula creando una corriente. En Madrid, Pekín y otras ciudades, armarios llenos de supercondensadores bloquean los trenes eléctricos [source: Siemens].

El almacenamiento de energía magnética superconductora, o SMES, es otra forma de deshacerse de caídas y picos en la red. Durante los picos, los bucles de cables extraen corriente adicional y, durante las caídas, los bucles devuelven la corriente a la red. Dado que el cable casi no tiene resistencia, almacena corriente casi sin pérdida.

Luego están los sistemas de almacenamiento de energía que muchos de nosotros usamos a diario: las baterías.

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Tipos de almacenamiento de energía en red: celdas

Las baterías son excelentes para respaldo y almacenamiento de energía. Por supuesto, los que se utilizan para almacenar energía de la red son un poco más grandes.

Tim Boyle / Getty Images

Pilas son como juegos de Lego para la cuadrícula. Vienen en muchos tipos, se pueden apilar o expandir para almacenar más energía y pueden conducir electricidad durante segundos u horas. Desde el punto de vista de la durabilidad, encontrará las dimensiones de un remolque. baterías de flujo amor vanadio redox Es bromuro de zinc Es baterías de alta temperatura amor azufre de sodio. Pueden proporcionar hasta 20 megavatios de potencia por hora. [source: Gyuk]. En el lado de la sobretensión, baterías de plomo ácido se utilizan comúnmente en la actualidad. Otras baterías incluyen metal-aire, iones de litio, niquel Cadmio Es plomo-carbono. Todas las baterías usan y liberan energía a través de reacciones químicas.

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Las baterías se encuentran en toda la red eléctrica de EE. UU., Generalmente en el lado del cliente, donde las fábricas y quizás las computadoras en su oficina usan un Fuente de poder ininterrumpible, o UPS para operar la electrónica durante fallas.

Pero las baterías también protegen las entrañas de la red. En Charleston, Virginia, una subestación se sobrecalentaba cada vez que muchos clientes consumían energía. Por lo tanto, American Electric Power instaló una batería para proporcionar electricidad en los días pico y la subestación dejó de sobrecalentarse. Los habitantes de Alaska sufrieron apagones debido a todos los problemas en la línea eléctrica entre Anchorage y Fairbanks, hasta que instalaron una batería del tamaño de una pelota de fútbol para cubrir la línea en caso de apagones y reparaciones.

Las baterías también pueden ayudar a los parques eólicos en lugares donde el viento sopla solo por la noche y los clientes consumen energía durante el día.

Se habla de algún día utilizar coches eléctricos híbridos enchufables, o PHEV, con baterías que se cargan a través de un tomacorriente de pared, para electricidad comercial. Con el cableado correcto en la casa, su automóvil estacionado podría funcionar en el lavaplatos. En un futuro lejano, muchos automóviles conectados a muchos garajes podrían enviar electricidad a donde sea necesario en la red en una aplicación llamada vehículo de red, o V2G. Pero, hace muchos años, porque el tomacorriente de pared no puede extraer electricidad de la batería y los automóviles no son comerciales.

¿Eso parece práctico? Siga leyendo para averiguar cuánto cuesta.

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Ahorro de almacenamiento de energía en la red

“Cuando se trata de costos reales, el almacenamiento de energía no es barato”, dice Imre Gyuk.

Podemos ver dónde están los costos hoy, pero disminuirán a medida que pase más almacenamiento por la red. Comencemos con el almacenamiento en plantas de energía. Como aprendimos anteriormente, una empresa de energía puede almacenar energía en una planta de energía para suministrar electricidad en días de alta demanda. La planta necesitará mucha energía durante todo el día y solo el aire comprimido y la energía hidroeléctrica bombeada pueden proporcionarla. Por cada $ 700 pagados por un sistema de aire comprimido, la empresa de servicios públicos recibe 1 kilovatio de electricidad, suministrado durante más de 20 horas, suficiente para operar una cafetera todo el día. [source: EAC, NSTAR]. La hidroelectricidad es más cara: $ 2,250 por kilovatio.

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Para una energía que dura de minutos a horas, las baterías de iones de litio cuestan $ 1,100 por kilovatio (o cafetera), los volantes cuestan $ 1,250 por kilovatio, las baterías de flujo cuestan $ 2,500 por kilovatio y las altas temperaturas de las baterías, como el sodio-azufre , cuesta $ 3,100 por kilovatio. [source: EAC]. Y el almacenamiento en supercondensadores cuesta aún más.

Pero, según Gyuk, estamos obteniendo mucho por nuestra inversión en almacenamiento. Hemos logrado una red capaz de gestionar múltiples plantas eólicas y solares, sin pesadillas de suministro. Tenemos menos fábricas más pobres, lo que significa menos emisiones de dióxido de carbono y menos contaminación del aire. Y tenemos protección contra interrupciones, que según Gyuk cuesta 33 centavos por cada dólar gastado en electricidad. [source: Gyuk 2008].

Las empresas de energía y las ISO pagarán por el almacenamiento si deciden instalarlo. “El precio del almacenamiento está cayendo. El precio de la resolución de problemas de otras formas está aumentando. Pronto, estos precios se cruzarán ”, observa Boyes, sugiriendo que el costo puede incentivar la adición de almacenamiento a la red.

¿Caerán eventualmente los precios de la electricidad al consumidor? Puede ser. Con suficiente almacenamiento, las empresas de servicios públicos podrán generar electricidad de una manera más controlada. Harán un mejor uso de los equipos de red, como líneas de transmisión y subestaciones, en lugar de reemplazarlos o ampliarlos.

Incluso si los precios de la electricidad para el consumidor suben, “tendremos un mejor sistema”, dice Gyuk.

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Cuando ocurren cortes de energía, apagones y apagones, es frustrante quedarse sin energía.  El almacenamiento de energía a lo largo de la red de EE. UU. Puede ayudar a mantener la energía.

Cuando ocurren cortes de energía, apagones y apagones, es frustrante quedarse sin energía. El almacenamiento de energía a lo largo de la red de EE. UU. Puede ayudar a mantener la energía.

© iStockphoto.com / TebNad

El apagón comenzó en Ohio, destruyó el tráfico en Michigan, apagó las luces en Canadá y luego trajo oscuridad a Nueva York, la ciudad que nunca duerme. Al final del apagón del noreste en 2003, la región había perdido alrededor de US $ 6 mil millones.

¿Qué crees que provocó este apagón, algo extraordinario? ¿Alguien saboteó la puerta? ¿Hubo un terremoto? No, no hubo un plan siniestro o un desastre natural, solo algunos contratiempos estándar. La red eléctrica estadounidense funcionó como de costumbre, pero luego sus problemas aumentaron, ayudados por molestas fallas de computadoras y árboles, y voilà: alrededor de 50 millones de personas se quedaron sin electricidad.

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Según Imre Gyuk, quien dirige el programa de investigación de almacenamiento de energía del Departamento de Energía de los Estados Unidos, podemos prevenir apagones masivos como el de 2003 almacenando energía en la red eléctrica. La energía podría almacenarse en unidades de la planta, a lo largo de líneas de transmisión, en subestaciones y en ubicaciones cercanas a los clientes. De esa manera, cuando ocurren pequeños desastres, la energía almacenada puede suministrar electricidad en cualquier parte de la línea.

Parece un gran proyecto, y lo es. Pero casi todos los sistemas que logran dar servicio a muchos clientes tienen reserva. Piense en eso. Los bancos mantienen una reserva. Grandes tiendas como Target y Wal-Mart mantienen una reserva. ¿Podría McDonald’s haber servido miles de millones sin abastecer continuamente despensas y congeladores? Dado que la red eléctrica de los Estados Unidos funciona al azar, no con reservas, está en problemas. Descubra lo que queremos decir en la página siguiente.

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