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Baterías de litio para instalaciones de energías renovables

Las baterías de litio son un buen candidato para afrontar el problema de las fluctuaciones de la radiación solar y el viento, uno de las principales retos para la obtención de energía solar y eólica. Investigadores de la Universidad Pública de Navarra proponen ahora un nuevo método de gestión y mejora de estos dispositivos, que ayudan a almacenar la electricidad generada por las fuentes renovables.

Las variaciones en la generación eléctrica a partir de fuentes renovables, como la eólica, generan problemas de control en la red eléctrica, pero las baterías de litio pueden ayudar a resolverlos. / SINC

Las variaciones en la generación eléctrica a partir de fuentes renovables, como la solar y la eólica, generan problemas de control en la red eléctrica. La tecnología de baterías de litio es un candidato con gran potencial para solucionar estos problemas. Un ingeniero industrial de la Universidad Pública de Navarra (UPNA) ha propuesto un nuevo método de gestión que permite obtener unas buenas prestaciones y preservar la vida útil de las citadas baterías conectadas a una instalación renovable, para almacenar la energía eléctrica generada. Los detalles se publican, junto a otros autores, en la revista Applied Energy.

La rentabilidad de las plantas eólicas y fotovoltaicas con baterías de litio se puede maximizar mediante una gestión inteligente de su operación

“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 Irigoyen, 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.

El reto 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.

Pruebas con una batería de litio comercial

Para las pruebas, llevadas a cabo mayoritariamente en los laboratorios del grupo de investigación INGEPER (Ingeniería Eléctrica, Electrónica de Potencia y Energías Renovables) de la 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.

“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.

Referencia bibliográfica:

Alberto Berrueta, Michael Heck, Martin Jantsch, Alfredo Ursúa, Pablo Sanchis. Combined dynamic programming and region-elimination technique algorithm for optimal sizing and management of lithium-ion batteries for photovoltaic plants. 2018. Applied Energy, 228: 1-11. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.06.060

Fuente: UPNA-Elhuyar
Derechos: Creative Commons
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