2v OPzS

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Batería estacionaria 2v OPzS -

¿La mejor opción para aplicaciones estacionarias?

El mundo de las baterías estacionarias no está parado. ¿Cuál es la mejor opción de batería para este mercado en rápida expansión?

El mundo está cambiando rápidamente. Cada vez más industrias, organizaciones, regiones y países necesitan energía eléctrica consistente y confiable bajo demanda. Las redes nacionales a menudo están luchando para satisfacer las demandas máximas de energía y, en algunos países, los apagones planificados por ciudad o área son comunes. En los países industrializados con infraestructuras maduras definitivamente hay una presión sobre el suministro y, a veces, los eventos pico, los daños o los accidentes pueden conducir a períodos prolongados de apagón. En el otro lado de la moneda, las economías en desarrollo pueden tener problemas con el suministro de energía en áreas remotas donde no hay red nacional para suministrar energía.

Luego está el requisito moderno de almacenar energía a partir de recursos variables o renovables cuyas salidas de energía pueden ser intermitentes y a veces impredecibles. Los generadores de energía eólica y solar pueden ser ambos. Estas fuentes de energía y aún más predecibles, como los generadores de marea, también pueden proporcionar energía en momentos inconvenientes, es decir, no en los períodos de demanda máxima. Hay muchas aplicaciones relacionadas con la red (control de frecuencia, afeitado de picos, arbitraje, etc.) y UPS local, energía en espera, ahorro de costos, etc., que también son una parte esencial del comercio moderno.
Estas son sólo algunas de las aplicaciones que necesitan instalaciones estacionarias de almacenamiento de energía.

Desafortunadamente, los datos no son actuales. Esto se debe a la falta de información disponible libremente sobre este mercado creciente y más lucrativo. Los sectores de más rápido crecimiento que son almacenamiento de energía y UPS para aplicaciones de centros de datos, son grandes negocios y pueden ser operaciones comerciales impulsadas por los inversores. Debido a esto, hay beneficios potenciales en proporcionar la información relevante, por lo que empresas como Reuters están encontrando su información para ser demandada. Por esta razón, las estadísticas no serán tan coherentes ni directamente aplicables como me gustaría. Sin embargo, estarán lo suficientemente en la marca para comprender las tendencias actuales de este sector de mercado de alto crecimiento.

Si examinamos la lista abreviada proporcionada en la Fig. 1 se puede ver que hay requisitos muy diferentes para estas aplicaciones. La sección más grande de otros que podemos asumir es principalmente almacenamiento de energía. Según Reuters, el mercado estacionario de la batería de ácido plomo fue valorado en 8.300 millones de dólares en 2017 y consistió en los siguientes sectores:
Telecom
Ups
Utilidad
Iluminación de emergencia
Sistemas de seguridad
Televisión por cable/Difusión
Petróleo y gas
Energías renovables
Sistemas de Respaldo Ferroviario
Otros
Para los fines de este artículo, pocos pueden combinar algunos de estos mercados debido a la similitud en sus requisitos de batería. La Tabla 1 muestra las demandas de estas aplicaciones en las baterías instaladas.

Algunas de estas aplicaciones se pueden subdividir aún más. A partir de Energy Storage, esta es quizás la aplicación estacionaria de más rápido crecimiento. En los últimos 20 años, se ha reconocido que el almacenamiento de energía, ya sea directamente de la red como en las operaciones a escala de servicios públicos, o como una adición a los generadores de energía renovable variable, tiene toda una gama de beneficios. En el cuadro 2 que figura a continuación se ofrece una lista razonablemente completa de los diferentes usos a los que se puede realizar el almacenamiento de energía a escala de red.

2v OPzS Mercado de baterías estacionarias - Fig1
Figura 1 Mercado estacionario de baterías
2v OPzS Stationary Battery Fig 2
higo. 2 muestra las características más destacadas del Microtex 2v OPzS

Lo que es inmediatamente evidente es que algunas de las aplicaciones como el arbitraje de energía tienen beneficios comerciales significativos y una industria basada en la compra de reservas de energía almacenada a precios bajos y luego la reventa a los distribuidores en los momentos de mayor demanda o cuando los generadores de energía están luchando. La capacidad de aprovechar eficientemente las energías renovables es cada vez más importante y los países y regiones luchan por ofrecer menores emisiones de CO2 derivadas de la creciente industrialización y las demandas de los consumidores.

El almacenamiento de energía a escala de red junto con otros mercados como las torres de telecomunicaciones remotas están floreciendo mercados en los que las baterías están en una posición ideal para permitir su crecimiento. De todas las tecnologías de almacenamiento de baterías disponibles, el ácido plomo, y particularmente los diseños 2v OPzS y OPzV, pueden proporcionar una solución muy rentable para la mayoría de los mercados estacionarios.

Application Typical Size Max Discharge Discharge Frequency Rate of Discharge
Energy Storage 1-50 MWh, Max - 290 80% Daily 0.2 C10
UPS 0.5 - 500 kWh 20% Infrequent / Weekly 0.05 C10
Emergency / Backup 0.5 kWh - 10MWh 80% Infrequent / Weekly 0.08 C10
Rail / Cable / Security 0.1 - 5kWh 60% Daily 0.1 C10
Renewables 0.5kWh - 5MWh 70% Daily 0.1 C10
Telecom 5 kWh - 50 kWh 70% Daily 0.1 C10

Tabla 1 Aplicación de batería estacionaria y sus requisitos

Una cosa que no debemos preocuparnos es la capacidad energética que tenemos en nuestras redes nacionales. Lo que nos falta es la capacidad de satisfacer nuestra demanda de energía en períodos pico, en lugar de la capacidad de satisfacer nuestras necesidades energéticas totales. Muchos países industrializados pueden generar más que el requisito total diario de energía, pero están en, o cerca, de su capacidad de generación para los períodos de mayor consumo. En el Reino Unido, por ejemplo, la demanda máxima máxima de pico ronda los 60 GW con una capacidad de suministro de unos 75 GW, pero a menudo es significativamente menor debido a averías frecuentes.

Esto significa que en ocasiones el pico de demanda puede superar el suministro del generador. Esto contrasta con la India, cuya demanda de electricidad tocó un máximo histórico de 176.724 gigavatios en marzo de este año, a pesar de tener una capacidad instalada de 350.162 GW. Sin embargo, muchos estados de la India experimentan cortes de energía planificados y no planificados y el suministro máximo de electricidad ha sido bajo. Esto se ha explicado por cuestiones como las precarias finanzas de algunas empresas de distribución de electricidad de propiedad estatal, que les impiden adquirir la cantidad de energía necesaria.

Application Description
Energy Arbitrage Can store energy and meter its use for purchase and resale at a profit
Frequency Regulation Sudden dips in frequency due to heavy loads can be prevented by use of instantaneous battery power
Capacity Firming Use of storage to provide energy to fill in when variable generation (i.e. solar and wind) output is below the generators's rating to provide constant power output
Power Quality A measure of the level of voltage and / or frequency disturbances
Black Start " The reliable restoration of the grid following a blackout. This requires a generating unit to start without an outside electrical supply, or to automatically remain operating at reduced levels when disconnected from the grid "
Peak shaving / Demand-side management / Load levelling ZII activities or programs undertaken by Load - Serving Entity or its customers to influence the amount or timing of electricity they use
Backup power (Nuclear and fossil fuel generators) Provides power in the event of a power failure for commercial and industrial facilities. Can also be used by electricity power plants to provide electricity if the generators cannot cope or fail
UPS Uninterruptible Power Supply is a device that provides battery backup when the electrical power fails or drops to an unacceptable voltage level. Can be used for domestic or industrial applications

El gobierno indio afirma que en los nueve meses del año 19, la demanda máxima creció a un ritmo del 7,9% en comparación con el 2,8% en el período correspondiente en el ejercicio 18. Atribuyó esta creciente demanda de energía a la propagación de la electrificación de los hogares, el aumento de la oferta a los consumidores agrícolas, la baja generación de energía hidroeléctrica y los veranos prolongados. Casi el 50% de la capacidad de generación de energía de la India se deriva de plantas hidroeléctricas. Esto significa que otros generadores representan alrededor de 170GW de la salida potencial. Con esto en mente, la propensión al almacenamiento de energía es enorme, con beneficios definitivos que se pueden tener al mantener mayores reservas de energía en lugar de aumentar o encender generadores adicionales cuando sea necesario.

Aparte del suministro de electricidad y evitar apagones, el almacenamiento de energía puede resolver muchos problemas como mantener la frecuencia de suministro en el nivel correcto debido a su capacidad de respuesta instantánea. Luego está el problema de la demanda máxima y el aprovechamiento de la energía renovable que nunca se produce en un momento conveniente para nuestros requisitos máximos. El costo de instalar el almacenamiento de energía en lugar de la generación, también es favorable, especialmente si se elige la opción de batería más rentable. Sí, como usted puede haber adivinado es la química de ácido plomo familiar que da el mejor valor integral.

Esto no sólo es cierto para el costo de capital, sino también del costo de por vida y el retorno financiero de la inversión. En Energy Storage, el principal talón de Aquiles de ácido plomo, su baja densidad de energía no es un factor significativo en su operación exitosa. Dado que no hay movimiento y mucho espacio disponible dentro de los edificios y con baterías almacenadas en pisos de hormigón, el peso y el volumen no son cuestiones realmente importantes.

Los principales requisitos para todos los muchos aspectos de Almacenamiento de Energía son tiempos de respuesta rápidos de varios segundos, conversión de energía eficiente y largo calendario y vida útil del ciclo. Las gamas OPzS y OPzV de 2v tienen tiempos de respuesta de milisegundos y el mejor ciclo y vida útil del calendario de todos los diferentes diseños LAB.

El 2v OPzV es diferente en dos aspectos: tiene un electrolito GEL inmovilizado y una válvula de alivio de presión para mantener el oxígeno y el hidrógeno producidos en carga, dentro de la célula para la recombinación. Las características se muestran, en particular, la placa tubular con una columna vertebral para una rejilla y un multitubo que sostiene en el material activo, son las claves para el ciclo largo y la vida del calendario de este diseño de la célula.

De las opciones de plomo ácido, OPzS tiene un mejor rendimiento integral en la mayoría de las aplicaciones estacionarias, particularmente para la vida del ciclo, pero tiene la desventaja de requerir la cobertura de mantenimiento junto con ese costo asociado. Al calcular el coste nivelado del almacenamiento de energía (LCOES), es importante incluir los costes totales de la instalación y el mantenimiento de la batería. Al determinar la mejor opción de batería es importante entender los costos reales, especialmente cuando se valoran diferentes productos químicos de la batería.

Con li-ion, por ejemplo, es a menudo el costo de la batería que se cotiza, dejando fuera el equipo de refrigeración, seguridad y detención contra incendios. En algunos casos, son sólo los costos de celda con ni siquiera la batería y el sistema de gestión que se incluyen en el cálculo. El coste nivelado de la energía (LCOE) se puede determinar fácilmente a partir de la siguiente relación:

  • LCOE: suma de todos los costes durante la vida útil de la batería/suma de todas las salidas durante la vida útil de la batería.

Los costos durante la vida útil de la batería incluyen la carga de la batería con electricidad. En este caso, la salida/entrada expresada como porcentaje se utiliza para el cálculo de costes.
La salida a lo largo de la vida útil depende críticamente de la vida útil del ciclo de la batería, cuanto mayor sea mejor. Esto reduce el costo de proporcionar electricidad de acuerdo con la relación dada anteriormente. Esto de nuevo es una fuente de confusión y error al realizar el cálculo para la compra de la batería. En el caso del ácido plomo, la vida útil de la batería depende críticamente de su profundidad de descarga (DOD).

Cuanto menor sea el DOD, mayor será la duración del ciclo de la batería (Fig. 3). Muchos clientes intentarán minimizar la línea superior manteniendo el costo de capital al mínimo y comprando la batería de menor capacidad para hacer el trabajo. De hecho, una batería sólo 50% más grande dará un DOD de 50% en lugar de 80% y prácticamente duplicará la vida del ciclo. En esta situación, los costes del sistema y la instalación prácticamente no cambian, es sólo el precio de las celdas de la batería lo que ha aumentado.

En otras palabras, obtiene un LCOE casi la mitad del caso de capital mínimo para el costo adicional de la batería 50% más alto. Los beneficios no se detienen ahí: la eficiencia de carga ahora va de menos del 80% a más del 90%, lo que le da una reducción adicional en su LCOE.

Los beneficios de usar baterías para el negocio de almacenamiento de energía son bastante evidentes. La cuestión de qué batería es menos simple. Actualmente, el iones de litio es la química dominante utilizada a nivel mundial en esta aplicación en crecimiento. Las razones de esto no están del todo claras a menos que se consideren las tácticas de marketing. La razón principal dada por los instaladores de sistemas BESS para el uso de iones de litio es que tiene un LCOE mejor que PbA debido a la mayor vida útil del ciclo y la eficiencia de carga / descarga superior.

Volviendo a los números que acabo de dar para una batería mejorada de 2v OPzS se puede ver que con el doble de la vida del ciclo y la eficiencia de carga / descarga mejorada, las baterías de iones de litio todavía son más caros, pero no dan una mejor vida o eficiencia. Hay una práctica de desarrollo para utilizar células de iones de litio de segunda vida que se utilizaron anteriormente en baterías EV.

2v OPzS Stationary Battery Fig 3
Figura 3 Profundidad de descarga (DoD) frente a ciclo de vida
2v OPzS Stationary Battery Fig 4
Figura 4 Células Microtex 2v OPzS y 2v OPzV 2v

Se ha demostrado que estas células pueden volverse inseguras debido al crecimiento interno de la dendrita creando un cortocircuito. Los problemas en Corea del Sur y los Estados Unidos, donde las instalaciones de segunda vida li-ion BESS se han incendiado, y la falta de instalaciones de reciclaje al final de su vida útil, apuntan a la necesidad de una evaluación más completa de la verdadera LCOE para los sistemas de iones de litio. Tal vez se necesita un mejor marketing por parte de la industria de la batería de ácido plomo.

Las aplicaciones tradicionales de UPS y la energía en espera todavía representan más del 50% del mercado estacionario global. Como se puede ver en el Cuadro 1, sus respectivos requisitos son algo diferentes. Para el mercado de UPS, las baterías tienen que proporcionar ráfagas cortas ocasionales de energía para garantizar que el equipo no se vea afectado por caídas repentinas de energía o cortes. Generalmente, esto resulta en una descarga superficial e infrecuente de las baterías. Las baterías generalmente se mantienen en gabinetes o gabinetes en carga constante de flotador de baja tensión durante la mayor parte de su vida calendario. En este caso no es DOD o ciclo de vida que es el requisito dominante, es la vida del calendario.

En la carga constante de flotador, la vida útil del calendario depende casi exclusivamente de la resistencia a la corrosión de las aleaciones utilizadas en la rejilla de la batería. Las otras consideraciones son la pérdida de agua en los sistemas inundados y el uso de células VRLA OPzV.
Ya sea en los diseños OPzV sin mantenimiento o de bajo mantenimiento 2v OPzS, la vida útil efectiva del diseño puede ser de más de 20 años con la aleación de columna vertebral correcta y los ingredientes de material activo adecuados. En este sentido, las gamas 2v OPzS y OPzV ofrecidas por Microtex son productos líderes en su clase (Fig. 4). Diseñados por un respetado científico alemán de baterías y fabricados con las últimas aleaciones de plomo-calcio-estaño resistentes a gases y corrosión, ofrecen un paquete inmejorable de rendimiento, fiabilidad y vida útil.

Microtex logra estas características para sus baterías al tener un equilibrio óptimo del material activo para las placas positivas y negativas con rejillas de columna vertebral positivas de fundición a presión de alta presión hechas de la aleación de plomo-calcio-estaño perfectamente equilibrada, que es un componente crítico de la célula. No sólo es un conductor de la corriente eléctrica generada por el material activo de la placa, sino que también tiene que asegurarse de que hay un buen vínculo entre el AM y la rejilla para minimizar la resistencia interna y evitar el desprendimiento de pasta a medida que la batería pasa.

En aplicaciones UPS la batería está en carga constante de flotador de baja tensión que, por lo positivo significa que se oxida constantemente (corroído). La aleación específica utilizada por Microtex para fabricar las espinas es la culminación de décadas de I+D y experiencia comercial. Proporciona la mejor mezcla posible de resistencia a la corrosión y propiedades de baja gaseosidad de cualquier aleación de plomo-calcio disponible. El fin de la vida útil de las aplicaciones de UPS generalmente está marcado por la corroída completa a través de la cuadrícula positiva. En los diseños de 2v OPzS y OPzV a menudo es corrosión positiva de la rejilla y / o batería seca a través de la pérdida de agua debido a la evolución del gas que es la causa de un eventual fallo de la batería.

Las otras aplicaciones estacionarias principales son la energía de espera/emergencia, las telecomunicaciones, las energías renovables y la señalización. He agrupado estas aplicaciones, ya que en su mayoría son aplicaciones de descarga profunda y tienen requisitos de batería similares. Una vez más, una buena vida útil del ciclo, una resistencia a la descarga profunda y un bajo mantenimiento son parámetros clave en la elección de la batería.

Las energías renovables y las telecomunicaciones tienen un patrón de funcionamiento común, ya que se descargan y recargan de forma rutinaria (todos los días). La profundidad de descarga depende de cuánto tiempo se requiere que dure la batería en comparación con el desembolso de capital. Cuanto menor sea el DOD, mayor será el costo inicial. Los operadores tienen que decidir qué batería utilizar en función de las razones financieras tanto como técnicas. El efecto sobre LCOE se ha discutido para la situación del BESS y es igualmente cierto para las industrias de telecomunicaciones y renovables.

La aplicación de energías renovables aprovecha el almacenamiento de energía que a menudo se produce de forma intermitente y en momentos inconvenientes. Esto es cierto tanto detrás del medidor como delante de las aplicaciones de medidores a nivel nacional, local y nacional. El almacenamiento de la batería permite la recolección de energía de, por ejemplo, instalaciones de turbinas eólicas, que pueden ser impredecibles e inutilizables porque no son necesarias en el momento del origen, para ser liberadas cuando sea necesario, por ejemplo, en los períodos de mayor demanda. Una vez más, esto es tan cierto para los domésticos como para las instalaciones a escala de red.

La energía solar es otro ejemplo que, aunque predecible, a menudo se genera cuando hay poca demanda. En estos ejemplos, el ciclo de entrada/salida de energía de energía (carga/descarga) suele ser una ocurrencia diaria. En este sentido, es muy similar a la industria de las telecomunicaciones, tanto sistemas diésel totalmente eléctricos como híbridos. En todos estos casos, las baterías suelen ser descargadas y recargadas diariamente, normalmente entre el 60% y el 80% del DOD.
Para la mayoría de las aplicaciones estacionarias, la solución de almacenamiento de energía integral más eficaz en términos de costo, tiempo de respuesta, entrega de energía y capacidad de almacenamiento de energía es una batería (Fig. 5).

Comparación de la Figura 5 de diferentes tecnologías de almacenamiento de energía

2v OPzS Stationary Battery Fig 5

La mayor parte de las operaciones a escala nacional y comercial se ubicarán en zonas o circunstancias en las que cualquier otra forma de almacenamiento de energía, como la hidroeléctrica bombeada, el aire comprimido, los volantes, etc., no sean apropiadas. Como se discutió anteriormente, la construcción de la placa tubular y las aleaciones utilizadas para la red positiva en el Microtex 2v OPzS y OPzV proporcionan la mayor vida útil del ciclo posible con tasas mínimas de gas (pérdida de agua). Esto hace que este diseño sea la opción más adecuada y rentable en la mayoría de estas aplicaciones. El uso de células de placas tubulares y baterías monobloque para instalaciones de energía solar, por ejemplo, está bien establecido.

Para una vida útil de ciclo ultralarga y una capacidad de descarga profunda, la elección del OPzS de 2V es la más adecuada. Sin embargo, viene con la etiqueta de precio adicional de remagar el mantenimiento. En algunos casos, particularmente en aplicaciones remotas remagar con agua no es una opción. En estos casos, existe la gama OPzV de Microtex con todas las características que se encuentran en la gama 2v OPzS, pero con un electrolito gelizado y operación VRLA sellada.

Es muy cierto decir que la potencia en espera es un mercado creciente y cada vez más importante del futuro. Por esta razón, tiene perfecto sentido utilizar la compañía de baterías de plomo más experimentada y avanzada disponible. Muchas empresas harán esta afirmación, pero muy pocas tienen la experiencia y el historial de Microtex para realmente entregar.

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