¿Son las baterías de flujo de vanadio el futuro del almacenamiento de energía a escala de servicios públicos? - World Energy Trade

¿Son las baterías de flujo de vanadio el futuro del almacenamiento de energía a escala de servicios públicos?

El vanadio es el decimotercer elemento metálico más abundante en la corteza terrestre

El vanadio es el decimotercer elemento metálico más abundante en la corteza terrestre

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A principios de este año, la Comisión de Energía de California (California Energy Commission, CEC, por sus siglas en inglés) publicó una solicitud de $ 20 millones para financiar proyectos de investigación para el despliegue de almacenamiento de energía de larga duración.

El objetivo era desarrollar una comprensión clara del papel que puede desempeñar el almacenamiento de energía de larga duración (10 horas o más) para ayudar a cumplir con los mandatos estatales de descarbonizar el sector eléctrico para el 2045. Las baterías de iones de litio se excluyeron de la solicitud.

 

La CEC seleccionó cuatro proyectos de almacenamiento de energía que incorporan baterías de flujo de vanadio (vanadium flow batteries, VFB, por sus siglas en inglés) de América del Norte y de Invinity Energy Systems plc., con sede en el Reino Unido.

Los cuatro sitios son todas instalaciones comerciales o industriales que desean autogenerar energía (como la solar) y, en algunos casos, tienen la capacidad de operar sin conexión a la red. El alcance total de Invinity es de 7,8 megavatios-hora (MWh) de baterías en los cuatro proyectos.

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Parte del objetivo es poder desconectar esas instalaciones de la red durante un período de tiempo prolongado, para evitar interrupciones en el suministro de energía durante cortes de la red.

¿Qué es un VFB y en qué se diferencia de la batería de iones de litio más ubicua? Para responder estas preguntas y aprender más sobre Invinity Energy Systems, esta semana se habló con el director comercial y cofundador de Invinity, Matt Harper y Joe Worthington, el director de comunicaciones de la empresa.

Matt es un ingeniero mecánico de formación y explicó que ha estado construyendo tecnología de energía limpia durante 25 años. Durante los últimos 15 años, ha estado desarrollando baterías de flujo.

El vanadio es un elemento que comúnmente puede existir en cuatro estados de oxidación diferentes. Eso solo significa que puede existir como un ion con diferentes cargas.

Por ejemplo, un ion de vanadio al que le faltan tres electrones tendría una carga de V3+. Si le agrega un electrón, se convierte en un ion V2+. Esta transferencia de electrones hacia adelante y hacia atrás es lo que hace que los VFB se carguen y descarguen, ya que los iones de vanadio en la batería oscilan de V2+ a V5+ .

 

Esto se diferencia de las baterías de iones de litio en que cada vez que el litio se carga y descarga, se enchapa y desprende metal de litio en el cátodo. Aunque esta reacción es casi completamente reversible, conducirá a la degradación después de algunos miles de ciclos y el rendimiento disminuirá.

Un VFB consta de dos tanques de electrolito disuelto en agua y separados por una membrana de intercambio de protones. Ambos electrolitos están basados ​​en vanadio. A medida que las baterías se cargan y descargan, los iones de vanadio simplemente se mueven entre estados de oxidación. Según Matt, esto se puede hacer decenas de miles de veces durante un período de tiempo medido en décadas, sin que se degrade la capacidad de las soluciones de vanadio para mantener la carga.

Estiman que cada 10-20 años, la membrana que atraviesa la especie iónica requerirá un reemplazo. Nuevamente, esto es diferente a una batería de iones de litio donde toda la batería debería ser reemplazada. Compararon esto con el mantenimiento de un automóvil. Matt indicó que tienen productos en el campo que han realizado más de 30 años de ciclos de carga y descarga.

Las baterías de iones de litio tienen una ventaja en la densidad de energía, por lo que los VFB están destinados a aplicaciones estacionarias. Sin embargo, en comparación con las baterías de iones de litio para almacenamiento a escala de red, no existe riesgo de incendio con los VFB. Las baterías de iones de litio deben estar más separadas o tener suficiente extinción de incendios. Por lo tanto, los VFB se pueden empaquetar más apretados que los de litio, por lo que la huella para la operación a escala de red es comparable.

En cuanto al costo, Invinity informa que venden sus baterías a un precio similar al del Li-ion por MWh para el mercado industrial. El beneficio del VFB de Invinity viene en el costo nivelado a lo largo del tiempo debido a las décadas de servicio que puede brindar un solo dispositivo. Los VFB pueden cargar y descargar varios ciclos completos diariamente durante 20 años. A pesar de que puede obtener miles de ciclos con una batería de iones de litio, para una aplicación de almacenamiento comercial o de servicios públicos donde se necesitan ciclos diarios que pueden no ser suficientes para dar la ventaja al ión de litio.

La tecnología central de Invinity, la "pila de celdas" en el núcleo del VFB, se desarrolla y fabrica en Vancouver, Canadá.

La empresa también tiene un proveedor en China que fabrica cerramientos metálicos. Sin embargo, el montaje final se realiza lo más cerca posible de donde se entregan los proyectos debido al tamaño de las instalaciones.

Invinity tiene aplicaciones comerciales de sus VFB instaladas en más de 40 sitios en Europa, América del Norte, África, Asia y Australasia. A continuación se muestra un proyecto de 2 MWh en China que ha estado en funcionamiento durante dos años.

Se preguntó también qué hace Invinity de manera diferente a los competidores en este espacio. Matt comentó que el enfoque que adoptó Invinity fue tomar los fundamentos de la química y entregarlos como un producto llave en mano. Confiaron en la fabricación de alto volumen para bajar el precio y obtener un buen control de calidad.

Algunos fabricantes de VFB no pudieron ofrecer productos de bajo costo porque no estandarizaron la producción. Invinity ha producido alrededor de 250 módulos desde 2017, y actualmente están construyendo un sitio, parte del Energy Superhub Oxford en el Reino Unido, que tendrá 162 módulos.

Actualmente existen aplicaciones comerciales de las baterías de flujo en V. La atención se centra en aplicaciones comerciales / industriales que compensan los períodos de tarifas máximas, un poco en la generación a escala de red y también en microrredes independientes donde las personas quieren estar fuera de la red todo el tiempo o durante cortes de energía.

Finalmente, se le preguntó a Matt sobre el suministro de vanadio. El vanadio es el decimotercer elemento metálico más abundante en la corteza terrestre. Es más abundante que el cobre. Además, el suministro de vanadio en la batería se puede reciclar prácticamente sin fin a medida que los iones de vanadio se mueven entre estados de oxidación y no se destruyen ni degradan. Además de que el electrolito de vanadio es infinitamente reutilizable, el resto del VFB de Invinity está hecho casi en su totalidad de materiales comunes, como acero y plásticos domésticos, que se pueden reciclar fácilmente.

Hay grandes recursos de vanadio en los EE. UU. En la actualidad, el 90% del suministro se destina a la fabricación de acero. Entonces, las regiones productoras de acero como China son actualmente los mayores productores de vanadio.

En conclusión, Matt reconoció que las baterías de iones de litio han demostrado que el almacenamiento de energía puede ser rentable y los VFB se han beneficiado del progreso. Agregó que las baterías de iones de litio son excelentes para almacenar de 2 a 4 horas de energía 50 veces al año, pero los VFB brillan en aplicaciones de larga duración donde se requiere energía todos los días; por ejemplo, cuando se intenta que la energía solar esté disponible bajo demanda las 24 horas del día.

Pero la concentración en torno a una tecnología específica, especialmente una como la batería de iones de litio que para el almacenamiento en la red se fabrica casi exclusivamente en alta mar, es una preocupación. Por lo tanto, los VFB ofrecen diversificación en el espacio de almacenamiento, tanto en la ubicación de fabricación como en un mercado que quizás sea más adecuado que el de las baterías de iones de litio.

 

Noticia tomada de: OilPrice / Traducción libre del inglés por World Energy Trade

 

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