Cómo funciona una batería
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El problema de la “energía almacenada en un condensador” es un clásico porque tiene algunos elementos contraintuitivos. Por supuesto, la pila emite energía QVb en el proceso de carga del condensador hasta alcanzar el equilibrio con la tensión de la pila Vb. Pero la mitad de esa energía se disipa en calor en la resistencia de la vía de carga, y sólo QVb/2 se almacena finalmente en el condensador en equilibrio. La parte contraintuitiva comienza cuando se dice “Es demasiada pérdida para tolerar. Simplemente voy a bajar la resistencia de la vía de carga para obtener más energía en el condensador”. Esto no funciona, porque la tasa de pérdida de energía en la resistencia I2R aumenta drásticamente, aunque cargues el condensador más rápidamente. No es nada intuitivo en este proceso de carga exponencial que sigas perdiendo la mitad de la energía en calor, por lo que este problema clásico se convierte en un excelente ejemplo del valor del cálculo y la integral como herramienta de ingeniería.
Parte de la parte intuitiva que se utiliza para establecer la integral es que conseguir el primer elemento de carga dq en las placas del condensador requiere mucho menos trabajo porque la mayor parte del voltaje de la batería está cayendo a través de la resistencia R y sólo una pequeña energía dU = dqV se almacena en el condensador. Procediendo con la integral, que toma una forma cuadrática en q, se obtiene una energía sumada en el condensador Q2/2C = CVb2/2 = QVb/2, donde Vb es el voltaje de la batería. El resultado final es que tienes que sacar 2 julios de la batería para poner 1 julio en el condensador, el otro julio se ha perdido irremediablemente en el calor – la 2ª Ley de la Termodinámica te vuelve a morder, independientemente de tu ritmo de carga. La naturaleza no intuitiva de este problema es la razón por la que el enfoque integral es valioso.
Cálculo de la potencia de la batería
El almacenamiento de energía en red (también llamado almacenamiento de energía a gran escala) es un conjunto de métodos utilizados para el almacenamiento de energía a gran escala dentro de una red eléctrica. La energía eléctrica se almacena en los momentos en los que la electricidad es abundante y barata (especialmente a partir de fuentes de energía intermitentes, como la electricidad renovable procedente de la energía eólica, mareomotriz y solar) o cuando la demanda es baja, y posteriormente se devuelve a la red cuando la demanda es alta y los precios de la electricidad tienden a ser más altos.
Los avances en el almacenamiento de baterías han permitido que proyectos comercialmente viables almacenen energía durante los picos de producción y la liberen durante los picos de demanda, y para utilizarla cuando la producción cae inesperadamente dando tiempo a que se pongan en línea los recursos de respuesta más lenta.
La energía derivada de las fuentes solar, mareomotriz y eólica es intrínsecamente variable: la cantidad de electricidad producida varía según la hora del día, la fase lunar, la estación del año y factores aleatorios como el clima. Por eso, las energías renovables, en ausencia de almacenamiento, plantean retos especiales a las compañías eléctricas. Mientras que la conexión de muchas fuentes eólicas separadas puede reducir la variabilidad general, la energía solar no está disponible de forma fiable por la noche, y la energía mareomotriz cambia con la luna, por lo que las mareas muertas se producen cuatro veces al día.
Batería de iones de litio con densidad energética
Hace tres años, en un simposio sobre baterías de litio-aire celebrado en IBM Almaden había un gran optimismo. El simposio “Scalable Energy Storage: Más allá del ion-litio” tenía como mensaje de trabajo “No hay obstáculos científicos fundamentales para crear baterías con un contenido energético diez veces superior -por un peso determinado- al de las mejores baterías actuales”.
El optimismo se desvaneció este año en la quinta conferencia de la serie sobre almacenamiento de energía escalable celebrada en Berkeley (California). En el anuncio del simposio se lee: “Aunque se están introduciendo nuevos vehículos eléctricos con baterías avanzadas de iones de litio, son necesarios nuevos avances en el almacenamiento de energía escalable, más allá de las actuales baterías de iones de litio de última generación, antes de que se puedan obtener todos los beneficios de la electrificación de los vehículos”. El ambiente era de cautela, ya que está claro que las baterías de iones de litio están madurando lentamente, y que su limitada densidad energética y su elevado coste impedirán la producción de coches totalmente eléctricos que sustituyan al principal coche familiar estadounidense en un futuro próximo. “El futuro está nublado”, así resumió la conferencia Venkat Srinivasan, que dirige el programa de investigación sobre baterías del Laboratorio de Berkeley.
Almacenamiento de baterías
Las dos chimeneas de la central eléctrica de Moss Landing se elevan sobre la bahía de Monterey. Visibles a lo largo de este pintoresco tramo de la costa del norte de California, los pilares de 1.500 metros de altura coronan la que fue la mayor central eléctrica de California, un gigantesco generador de gas natural. En la actualidad, a medida que California avanza en la descarbonización de su economía, esas columnas están inactivas y la central está en gran parte paralizada. En cambio, el lugar está a punto de comenzar una nueva vida como la mayor batería del mundo, que almacena el exceso de energía cuando los paneles solares y los parques eólicos producen electricidad y la devuelve a la red cuando no lo hacen.
En el interior de un cavernoso edificio de turbinas, se está preparando una batería de iones de litio de 300 megavatios para su funcionamiento, y otra de 100 megavatios que entrará en funcionamiento en 2021. Juntas, podrán descargar suficiente electricidad para abastecer a unos 300.000 hogares californianos durante cuatro horas durante las noches, las olas de calor y otros momentos en los que la demanda de energía supera el suministro, según el promotor del proyecto, Vistra Energy.
