Estación de almacenamiento de energía en baterías de flujo

Estación de almacenamiento de energía en baterías de flujo, la más grande del mundo conectada a la red

Si queremos reducir el uso de combustibles fósiles en el planeta habrá que apostar por la electricidad producida por fuentes renovables. Tienen un problema: hay que instalar mucha capacidad de generación, ya que a veces o no hay sol, o el viento no sopla lo suficiente o el agua se necesita para otros menesteres.

 La solución pasa por almacenar energía cuando se produce para emplearla cuando sea necesaria. Y eso han hecho en China, donde funciona la batería de flujo más grande del mundo conectada a la red desde el 29 de septiembre.

(Dalian es una moderna ciudad puerto en la península de Liaodong, en el extremo sur de la provincia china de Liaoning. La fundaron los rusos en 1898,  la Calle Rusa (Eluosi Fengqing Jie) está bordeada de arquitectura de estilo ruso. La plaza Zhongshan está rodeada de edificios coloniales renacentistas y de otros estilos)
 

 Este proyecto de almacenamiento de energía cuenta con el apoyo técnico del grupo del Prof. LI Xianfeng del Instituto de Física Química de Dalian (DICP) de la Academia de Ciencias de China. Y el sistema fue construido e integrado por Rongke Power Co. Ltd. 

Instalada en la ciudad de Dalian se trata del mayor sistema de almacenamiento del mundo. Tiene una capacidad inicial de 400 MWh y una producción de 100 MW y suministrará energía a 200.000 habitantes cada día. Será una especie de banco de energía para la ciudad y ayudará a consumir fuentes de energía renovables.

 

Se trata de una batería de flujo de vanadio, por lo que este  sistema de almacenamiento de energía difiere de las baterías de iones de litio que emplean los coches eléctricos o los teléfonos inteligentes. En unos enormes tanques se almacena energía química en forma de electrolitos líquidos, que se pueden convertir en electricidad al pasar el fluido a través de una membrana especial.

De ahí viene su nombre de baterías de flujo, que parece que será una solución de almacenamiento de energía relativamente barata y atractiva, ya que pueden almacenarla durante meses. Esto se presta bien al almacenamiento de energía renovable eólica o solar, que es intermitente por naturaleza. Además ayudaría a las ciudades a lidiar con los picos de demanda de energía.

 No es la primera en el mundo, ya que en Jemgum, en el noroeste de Alemania, ya hay una batería de flujo construida en cavernas de sal subterráneas que suministra suficiente energía diaria para 75,000 hogares. La de Dalian es mayor y está diseñada para ampliarse hasta producir 200 MW con una capacidad de 800 MWh. Para ser el primer proyecto de demostración de almacenamiento de energía química a gran escala de China no está nada mal.

 

Las  fuentes de energía renovable cargarán las baterías durante el período de carga valle, convirtiendo la energía eléctrica en energía química. Esto se volverá a convertir en energía eléctrica para los consumidores una vez más durante los períodos de máxima carga de la red. Además, ayudará al país asíatico a reducir sus emisiones de carbono.

 Fuente: Chinese Academy of Sciences (https://english.cas.cn/newsroom/research_news/chem/202205/t20220531_306054.shtml)

  Marco teórico

Las baterías de flujo redox (Redox Flow Battery “RFB”) son dispositivos de conversión electroquímica que aprovechan los fenómenos de reducción-oxidación de especies en estado líquido almacenados en tanques de electrolito, es decir  la energía proveniente de fuentes renovables, por ejemplo, se almacena en dos fluidos separados con sustancias químicas disueltas,  los cuales  se introducen en la batería de celdas cuando se necesite. Los iones circulan desde un electrolito a otro a través de una membrana que permite el paso de electrones, los cuales son forzados a circular a través de un circuito externo. La siguiente figura muestra un esquema general de una típica batería de flujo redox, en este caso de vanadio.

 

Puede observarse las principales partes en funcionamiento en una RFB. Existen dos tanques de electrolito independientes que sirven como medio para almacenar energía eléctrica, uno para el ánodo y otro para el cátodo. La estabilidad del electrolito está fuertemente relacionada con el tiempo de vida útil de la batería. El electrolito está compuesto de especies activas (como puede ser vanadio en distintos estados de valencia) mezclado con un medio ácido de soporte electrolítico (como puede ser ácido sulfúrico o ácido clorhídrico). El criterio de selección del electrolito de soporte está basado en minimizar la contaminación con las especies activas, y mejorar las reacciones cinéticas y electroquímicas de las especies en el electrodo, así como su solubilidad y estabilidad en la disolución.

Los dos tanques de electrolito se conectan con la batería mediante un circuito hidráulico, que a través de bombas hacen circular la cantidad necesaria de electrolito por el interior de las celdas.

Las reacciones electroquímicas son las siguiente:

• Para el electrodo positivo:

𝑉𝑂2++𝐻2𝑂 ↔ 𝑉𝑂2++2𝐻++𝑒−

𝐸𝑎0=1.004 𝑉

• Para el electrodo negativo:

𝑉3++ 𝑒− ↔ 𝑉2+

𝐸𝑎0=−0.255 𝑉

• La reacción electroquímica global es:

𝑉𝑂2++𝐻2𝑂+ 𝑉3+ ↔ 𝑉2++ 𝑉𝑂2++2𝐻+

𝑂𝐶𝑉=1.259 𝑉

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Ing. Ricardo Berizzo

Cátedra: Movilidad Eléctica 

UTN - Regional Rosario                                                                                   2022.-