El almacenamiento energético surgió como una necesidad de las energías renovables: para reservar la energía generada por fuentes renovables como el sol, el viento o el agua, con el fin de ser utilizada en momentos en los que no se produce dicha energía (por ejemplo, utilizar por la noche la energía que ha sido generada por el sol). Actúan como estabilizadores de la red, garantizando la calidad y la fiabilidad en el suministro. También evitan problemas de sobrecarga y compensan la variabilidad de los recursos renovables y su integración en la red.
Además, las tecnologías de almacenamiento energético son esenciales para solucionar los problemas de acoplamiento entre generación y consumo eléctrico. Su desarrollo permite aumentar la eficiencia, la fiabilidad y el transporte de energía, tanto al operar conectadas a la red, como de forma aislada o vertiendo a la misma. El desarrollo de este tipo de tecnologías es clave tanto para la gestión energética como para la integración de recursos renovables y la gestión eléctrica.
Dicho almacenamiento se puede realizar en baterías cuya composición varía desde las de ion-litio, metal-aire, litio-azufre hasta las de flujo redox. Estas últimas consisten en dispositivos de almacenamiento electroquímico que permiten convertir la energía eléctrica y almacenarla como energía química, e invertir el proceso de forma controlada cuando se desee. Funcionan por la reacción que se produce al aplicar una corriente eléctrica a dos especies químicamente activas que se oxidan y reducen, respectivamente, formando el sistema redox (reducción-oxidación) en una celda de flujo. A diferencia de las convencionales, almacenan la energía en tanques externos que contienen dichos líquidos y las especies activas (electrolitros).
Precisamente, sobre la composición de baterías versa el proyecto FlowGrid, promovido por Jofemar Energy, una división especializada en eficiencia y almacenamiento energético de la entidad navarra Corporación Jofemar. Iniciado en febrero de 2014 con una duración prevista de 48 meses, este proyecto ha tenido como objetivo el desarrollo de baterías de flujo redox de Zinc-Bromo (ZnBr) para almacenamiento energético y su posterior integración en Smart Grids. La primera versión de este tipo de baterías con módulos de 10 y 60 kWh fue presentada en febrero de este año.
Ventajas de las baterías de flujo Zn-Br
En declaraciones a SMARTGRIDSINFO desde Jofemar, la idea del proyecto surgió como resultado de la iniciativa PowerFlow, creada para conocer las baterías de flujo, su comportamiento, componentes y potencial. Como concluyó con el desarrollo de un primer prototipo de batería de flujo de 1,5 kWh, la empresa decidió seguir apostando por el desarrollo de esta tecnología y su escalado a unidades de mayor capacidad y prestaciones, con el planteamiento del proyecto Flow Grid, el desarrollo de una unidad modular de 10 y 60 kWh y su integración final en una Smart Grid. Con una inversión de 1,2 millones de euros y la ayuda financiera de Gobierno de Navarra, el CDTI y del Mecanismo Financiero del Espacio Económico Europeo (EEA Grants), comenzaba así la andadura del proyecto Flow Grid.
Desde Jofemar señalan que se eligió el bromuro de cinc para el desarrollo de las baterías de flujo por ser una sal de alta disponibilidad a nivel mundial, por lo que el coste de la materia prima es muy barato por ser abundante y de fácil acceso
. Además, el trabajar con una sal soluble en agua, no solo abarata costes de producción, sino que también reduce los medioambientales, sin riesgo de explosión ni incendio
. Por otro lado, el par electroquímico de Zn-Br proporciona una tensión de trabajo de 1,8 V que es un potencial elevado para aplicaciones de almacenamiento energético comparado con otras químicas más implantadas de baterías de flujo, cuya tensión de trabajo es más limitado y por tanto, el rango de operación de la batería.
Gracias al empleo de nanotecnología, a la evolución específica de los principales componentes para el par electroquímico, a la creación de un diseño de celda, stack y BoP (balance of plant) compacto y adaptado a la química, el proyecto ha conseguido el desarrollo de esta primera versión de la batería de flujo Zn-Br, que está compuesta por un stack o agrupación de celdas, dos tanques que contienen un líquido denominado electrolito (en este caso Bromuro de Zinc), dos circuitos hidráulicos, que conectan los tanques de líquido con el stack y un sistema que controla el funcionamiento de la batería.
Se caracterizan por presentar una alta densidad energética y una alta eficiencia global con rendimientos del 80-90%. Presentan un elevado índice de ciclabilidad que oscila entre los 2.000 y los 10.000 ciclos en función de los prototipos y del funcionamiento demandado. De alta fiabilidad y diseño flexible, con la particularidad de que el término de potencia y capacidad se encuentran parcialmente desacoplados. Es decir, la potencia la define el número y superficie de las celdas que componen el stack, y la capacidad de la batería está definida por el volumen de líquidos en los tanques.
Este tipo de baterías presenta, además, la ventaja de poder operar a descarga completa si es necesario, sin deteriorar el estado de la batería ni acelerar los procesos de degradación. En función del diseño de los sistemas, permiten desacoplar el factor de potencia de la capacidad de la batería. El coste de mantenimiento es bajo y se diseña con materiales de alta disponibilidad, bajo coste y reciclables, por lo que el precio estimado de venta se prevé en 200 euros/kWh. Además, los materiales son respetuosos con el medioambientalmente, lo que permite ofrecer una tecnología verde y eficiente.
Los primeros prototipos de la batería de flujo Zn-Br, fabricados en la sede central de la compañía navarra, ya se están instalados en la Smartgrid Factory Microgrid, un proyecto cofinanciado por el programa LIFE de la Comisión Europea. Sus aplicaciones van orientadas a aplicaciones residenciales, industriales e integradas en las Smart Grids, con el objetivo bien de aplanar las curvas de demanda ante picos de consumo, bien para facilitar la integración de renovables y gestionar su producción aleatoria o bien incluso su uso como SAI.
El desarrollo de esta primera versión ha permitido identificar áreas de mejora en las que Jofemar Energy ya está trabajando. Además, como parte del compromiso de la marca con estos desarrollos y gracias a los esfuerzos en I+D+i y los resultados obtenidos, Jofemar Energy colabora activamente desde hace más de un año con la International Electrotechnical Commission (IEC) para diseñar e implantar los primeros estándares de normativa para la comercialización y utilización de este tipo de baterías.