Flywheels: Almacenamiento de energía cinética o inercial
Existen varias formas de almacenamiento de energía. Las más conocidas son de forma química en forma de baterías. Sin embargo, se puede almacenar energía en muchas otras formas, por ejemplo, en forma de energía potencial, la cual es utilizada en presas. Otra forma de almacenamiento de energía es forma de cinética, en otras palabras, en forma de movimiento o inercia. Existen máquinas dedicadas al almacenamiento de energía cinética. A estas se les denominan flywheels en inglés o volantes de inercia en español. Su diseño depende de la aplicación, aunque todas tienen el mismo principio de funcionamiento.
Los flywheels almacenan energía de forma rotacional y consiste de una masa rodante que se coloca generalmente al vacío para eliminar la fricción del aire. La cantidad de energía que se puede almacenar es una función de la masa giratorio, la geometría y la velocidad. (Ver Ecuación1).
En la ecuación anterior , la energía cinética (kinetic) es igual a un medio del momento de inercia (I) multiplicado por la velocidad rotacional (ω) al cuadrado. Las aplicaciones varían desde la industria automotriz hasta la construcción de UPS.
UPS con energía cinética.
En este blog hablaremos de un tipo de flywheel o almacenamiento de energía cinética que es utilizado para dar soporte de energía en redes eléctricas. Los UPS por sus siglas en inglés Uninterruptible Power Supply o suministro de potencia sin interrupción, se utilizan para suministrar potencia y energía de reserva en caso de apagones o desconexiones de la red. Cuando se utilizan UPS se deben hacer dos consideraciones, una es la energía necesaria y otra es la potencia. El UPS deber ser lo suficientemente potente para suministrar el pico de potencia de la carga a la que se conecta y también debe poder suministrar la cantidad de energía necesaria (el tiempo esperado de uso) hacia la carga. Los UPS con baterías tienen algunas desventajas. La primera es que las baterías son susceptibles a los cambios de temperatura por lo que necesitan cuartos de almacenaje especializado. La otra es la dificultad de balancear potencia con energía, por ejemplo, para soportar picos de potencia altos, se necesitan más baterías. Pero si estos picos son de poca duración, tendremos sistemas de muchas baterías con una capacidad de almacenaje de energía desperdiciado. Y, a menos que su fabricación sea de litio, los sistemas de baterías se dimensionan una profundidad de descarga del 50%, es decir, solo podemos utilizar el 50% de la capacidad de almacenamiento de la batería.
De esta forma, un UPS basado en flywheels puede resultar en instalaciones más simples y económicas. En particular porque los flywheels son excelentes suministradores de potencia de forma muy rápida. Los UPS basados en flywheels, se utilizan por lo regular en las denominadas “cargas críticas”. Dos ejemplos comunes de cargas críticas son los hospitales o los servidores informáticos. Se les llama cargas críticas porque la interrupción de suministro de energía es inaceptable. Imaginen estar en medio de una cirugía y se va la luz. Una situación terrible. Lo mismo pasa con los servidores de informáticos donde todos los enlaces de comunicación caerían y tardarían mucho en reestablecerse. Hitec Power Protection es una compañía holandesa que se dedicar a la fabricación de UPS con energía cinética.
La construcción del UPS está hecha con dos partes. La primera un “ride-through” y la segunda un generador de diesel (de ser necesario). El ride-through es un elemento que evita la caída de potencia (o de frecuencia) cuando la red eléctrica deja de suministrar electricidad. En el momento de un apagón, el ride-through puede suministrar de 0 a 1 Megawatt en menos de 1 segundo incluso más potencia en otros modelos de la compañía. Esto hace que la pérdida de la red eléctrica sea indetectable para la carga. El “ride-through” puede suministrar la potencia máxima por más de 15 segundos. Estos segundos son suficientes para que un generador de diesel especializado encienda y suministre a la carga por un tiempo indefinido.
El “ride through” cosiste de un flywheel, un acomplamiento inductivo y un generador. La energía cinética es transferida del rotor interno a un rotor externo accionando el alternador. La velocidad del altenerador de mantendrá en 1500 rpm mientras la velocidad del flywheel cae desde 2900 rpm. La potencia de salida será accionada por la caída en frecuencia en el nodo de conexión, dando suficiente torque al rotor para suportar la carga.
Flywheels, almacenamiento de energía cinética y generación distribuida.
La generación distribuida es producción de electricidad en las redes de bajo y medio voltaje. La energía es transferida de forma bidireccional lo cual trae retos para mantener la calidad del suministro de potencia en especial cuando hay gran penetración de generación distribuida. Sin embargo, la generación distribuida asisitida puede traer grandes beneficios como lo son aumenta la resiliencia de la red, reducción de pérdidas, prolongar inversiones al futuro, reducir las emisiones de carbono y asistir en la creación de micro redes. Debido a que los flywheels pueden suministrar cambios rápidos de potencia, estos pueden ser utilizados para asistir micro redes, redes autónomas o Smart grids con alta penetración de generación distribuida. En el siguiente blog, analizaremos una publicación de aplicación de flywheels para soportar redes autónomas realizado por el director de nuestra compañía Juan Carlos Soriano en conjunto con Hitec Power Protection.
Fuentes:
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[…] nuestra publicación pasada describimos el funcionamiento básico del almacenamiento de energía cinética utilizando flywheels. ¿cómo podemos utilizar esta tecnología en el proceso de transición de las energías […]
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