Las variaciones en la generación eléctrica a partir de fuentes renovables, como la solar y la eólica, debido a la nubosidad y al viento cambiante generan problemas de control en la red eléctrica. La tecnología de baterías de litio es un candidato con gran potencial para solucionar estos problemas, debido a la reducción de costes de fabricación, las mejores prestaciones y el mayor tiempo de vida que ofrecen los fabricantes. Así lo ha constatado el ingeniero industrial Alberto Berrueta Irigoyen (Estella-Lizarra, 1989) en su tesis doctoral defendida en la Universidad Pública de Navarra (UPNA), en la que ha propuesto un nuevo método de gestión que permite obtener unas buenas prestaciones y preservar la vida útil de las citadas baterías, unos dispositivos que, conectados a una instalación renovable, almacenan la energía eléctrica generada.
“La instalación de fuentes de generación renovables es cada vez más importante a nivel mundial, y se prevé que esta tendencia continúe durante los próximos años —explica Alberto Berrueta, investigador del Instituto de Smart Cities (ISC) de la UPNA—. La tecnología renovable ha superado en los últimos años diversos escollos tecnológicos y, tras conseguir un precio competitivo frente a las fuentes de generación convencional, el principal reto al que se enfrenta a día de hoy es la gestión de su generación variable debido a las fluctuaciones de la radiación solar o del viento. Por ello, la solución es acumular la electricidad generada en baterías de litio”.
En su tesis doctoral, Alberto Berrueta ha investigado sobre los mecanismos físicos que rigen el funcionamiento de las baterías de litio y sobre su influencia en una batería que funciona conectada a una instalación renovable. También ha estudiado la forma en la que estas baterías se degradan y ha propuesto el ya citado nuevo método de gestión.
La mejor gestión de las baterías
El reto de este investigador ha consistido en desarrollar modelos matemáticos precisos del funcionamiento eléctrico, térmico y de la degradación de la batería, que ha integrado después en un optimizador matemático que calcula la mejor forma de gestionar la batería. “Si esta se utiliza de una forma demasiado intensa, se degrada más rápido. Por el contrario, si su uso es demasiado relajado, el beneficio obtenido es muy reducido. El algoritmo busca la solución de compromiso entre el beneficio obtenido de la batería y su degradación”, señala Berrueta, cuya tesis, dirigida por los profesores del Departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación e investigadores del ISC Alfredo Ursúa Rubio y Pablo Sanchis Gúrpide, obtuvo la calificación sobresaliente “cum laude”.
Para las pruebas, llevadas a cabo mayoritariamente en los laboratorios del grupo de investigación INGEPER (Ingeniería Eléctrica, Electrónica de Potencia y Energías Renovables) dela UPNA, utilizó una batería de litio comercial de 5,3 kWh (kilovatios hora), desarrollada para su uso en sistemas de energía renovable. Estas pruebas sirvieron para cuantificar la precisión de los modelos matemáticos desarrollados y validar su correcto funcionamiento.
Investigación
“Mientras las grandes empresas como LG o Tesla continúan su frenética carrera por conseguir celdas más baratas y con mejores prestaciones con las que fabricar baterías —indica—, la vocación del grupo de investigación INGEPER, en el que me integro, es situarse a la cabeza de la investigación relacionada con los mecanismos de envejecimiento que afectan a las baterías de litio, así como el diseño de estrategias de control y de gestores de la batería o BMS, por sus siglas en inglés, que son herramientas clave para el desarrollo del sector de las baterías de litio en Navarra”.
Las aplicaciones de estas investigaciones incluyen, entre otras, el desarrollo de optimizadores que permitan maximizar la rentabilidad de la inversión de grandes plantas eólicas y fotovoltaicas con baterías de litio mediante una gestión inteligente de su operación; el diseño de BMS para vehículos eléctricos ligeros (como bicicletas o patinetes); la medición de las características más importantes de las celdas ofrecidas por diversos fabricantes para seleccionar las más convenientes para cada aplicación; o la reutilización de baterías procedentes del sector de la automoción, adaptándolas a los requisitos particulares de las plantas de generación renovable.
Tras realizar su último año de carrera en la Universidad de Ciencia y Tecnología de Misuri (Estados Unidos), Alberto Berrueta se tituló en Ingeniería Industrial por la UPNA, donde, posteriormente, cursó el Máster en Energías Renovables: Generación Eléctrica. En 2013, se incorporó al grupo de investigación en Ingeniería Eléctrica, Electrónica de Potencia y Energías Renovables (INGEPER) de la institución navarra, donde trabaja en el área de sistemas de almacenamiento eléctrico. En el transcurso de su tesis doctoral, realizó una estancia de investigación de seis meses en el Fraunhofer Insitute for Solar Energy Systems (Alemania), uno de los centros de investigación de referencia europea en el campo de los sistemas de almacenamiento y las energías renovables.
Ricardo Rodríguez
01/10/2018