Cómo la tecnología de refrigeración líquida libera el potencial del almacenamiento de energía

La década de 2020 será recordada como la del almacenamiento de energía. A finales de 2021, por ejemplo, se habían instalado en todo el mundo unos 27 gigavatios/56 gigavatios-hora de almacenamiento de energía. Para 2030, se espera que ese total se multiplique por quince, alcanzando los 411 gigavatios/1.194 gigavatios-hora.

Esta afluencia masiva de almacenamiento de energía se debe a una serie de factores. Sin duda, el más importante es la necesidad: En 2050, casi el 90% de toda la energía podría ser generada por fuentes renovables. Un almacenamiento de energía suficiente será vital para equilibrar esos grandes volúmenes de generación variable de energía eólica y solar.

En Estados Unidos, la política pública también es un motor importante de despliegues más ambiciosos de almacenamiento de energía. La recientemente aprobada Ley de Reducción de la Inflación (IRA, por sus siglas en inglés) aporta una certidumbre muy necesaria al mercado del almacenamiento de energía al proporcionar un crédito fiscal a la inversión (ITC, por sus siglas en inglés) del 30% durante la próxima década para proyectos que combinen energía solar y almacenamiento, así como para instalaciones de almacenamiento independientes. En el pasado, sólo los proyectos de energía solar más almacenamiento podían acogerse al ITC. Tras la aprobación de la IRA, la empresa de investigación Wood Mackenzie elevó su previsión del mercado estadounidense de almacenamiento de energía a más de 191 gigavatios-hora entre los años 2022 y 2026.

Maximizar el valor del almacenamiento de energía

Aunque está claro que la demanda y la necesidad de almacenamiento de energía se acentuarán en los próximos años, también es importante saber que no todas las tecnologías de almacenamiento son iguales. De hecho, la decisión sobre qué tecnología de almacenamiento desplegar tendrá importantes consecuencias en lo que respecta a los costes de instalación, el coste nivelado de la energía (LCOE), el rendimiento, las operaciones y el mantenimiento (O&M), y la seguridad.

Las implicaciones de la elección de tecnología son especialmente claras cuando se comparan los sistemas tradicionales de almacenamiento de energía refrigerados por aire y las alternativas refrigeradas por líquido, como la serie de productos PowerTitan de Sungrow Power Supply Company. Una de las diferencias más evidentes entre las dos tecnologías de almacenamiento es el tamaño del contenedor.

"Si se refrigera con aire, hay que disponer de enormes pasillos de conductos de aire para transportarlo, porque el aire tiene una capacidad calorífica específica horrible", explica Neil Bradshaw, director técnico de ventas de Sungrow. "Pero el agua tiene una de las mejores capacidades caloríficas específicas de cualquier material, lo que significa que una pequeña tubería es suficiente para refrigerar 2,7 megavatios-hora de módulos de baterías. Como ese tubo ocupa un espacio insignificante, podemos reducir el contenedor al mínimo".

De hecho, PowerTitan ocupa un 32% menos de espacio que los sistemas de almacenamiento de energía estándar. Además, la refrigeración líquida es mucho más fácil de controlar que la del aire, que requiere un complejo equilibrio. Las ventajas de la refrigeración líquida se traducen en un 40% menos de consumo de energía y un 10% más de vida útil de la batería.

El tamaño reducido del contenedor de almacenamiento refrigerado por líquido tiene muchos efectos secundarios beneficiosos. Por ejemplo, el tamaño reducido se traduce en instalaciones más sencillas, eficientes y económicas. "Se puede entregar la unidad de baterías completamente cargada en un camión grande. Eso significa que no hay que cargar los módulos de baterías in situ", afirma Bradshaw. "Básicamente está todo prefabricado y sólo tienes que colocarlo en el suelo". El menor tamaño también proporciona una mayor flexibilidad a la hora de diseñar dónde pueden instalarse los sistemas de almacenamiento.

Ventajas de seguridad de los sistemas refrigerados por líquido

El almacenamiento de energía sólo desempeñará un papel crucial en un sistema eléctrico descarbonizado y dominado por las energías renovables si se resuelven los problemas de seguridad. El Electric Power Research Institute (EPRI) realiza un seguimiento de los eventos de fallo de almacenamiento de energía en todo el mundo, incluidos incendios y otros incidentes relacionados con la seguridad. Desde 2017, el EPRI ha registrado 50 fallos a escala comercial e industrial (C&I) y de servicios públicos.

Con los sistemas de almacenamiento de iones de litio que dominan el mercado hoy en día, la principal preocupación de seguridad es el desbordamiento térmico. En un nivel básico, esto ocurre cuando un fallo provoca un sobrecalentamiento en el interior de una celda de la batería. Esto puede dar lugar a la generación de mucho calor y a una reacción autoacelerada que puede provocar incendios o explosiones. Existen numerosas causas de embalamiento térmico, como defectos internos de las celdas, sistemas de gestión de baterías defectuosos y contaminación ambiental.

Los sistemas de almacenamiento de energía en baterías refrigeradas por líquido ofrecen mejor protección contra el desbordamiento térmico que los sistemas refrigerados por aire. "Si se produce un desbordamiento térmico de una célula, la energía es absorbida por un enorme disipador de calor. El líquido es una capa adicional de protección", afirma Bradshaw.

Los sistemas de almacenamiento PowerTitan han superado rigurosas pruebas para garantizar su capacidad de protección contra el desbordamiento térmico. "Parte de nuestras pruebas consiste en forzar a propósito las células a entrar en cascada térmica y retirar la refrigeración líquida del funcionamiento", explica Bradshaw. "Aumentamos la temperatura a 400 grados centígrados a 5 grados centígrados por minuto. Ponemos tres, cuatro o cinco células en cascada y luego retiramos la fuente de calor y observamos qué ocurre. Nuestro objetivo es que la cascada se agote sola".

Control a nivel de cadena

La seguridad es, obviamente, la máxima prioridad de cualquier sistema de almacenamiento de energía en baterías. Pero un factor diferenciador importante para los sistemas más seguros es el rendimiento. En ese sentido, la tecnología PowerTitan tiene claras ventajas. Una de ellas es la inclusión de convertidores CC-CC a nivel de cadena.

La razón: La gestión a nivel de cadena significa que unas pocas células defectuosas o de bajo rendimiento no perjudicarán al rendimiento global del sistema de baterías. Por ejemplo, una célula de bajo rendimiento afecta a la capacidad global de la cadena. "Podemos aislar este efecto en una cadena utilizando CC-CC a nivel de cadena", afirma Bradshaw. Esto significa que una célula que funcione un 20% por debajo de su capacidad sólo afectará a su cadena, en lugar de reducir la capacidad de 24 o más cadenas en un 20%.

Esto supone una gran diferencia para el cliente". Los convertidores de CC a CC en el nivel de cadena aíslan ese problema para que no afecte a todo lo demás", afirma Bradshaw.