Archive for the ‘Ultracondensador’ Category


Los supercondensadores son dispositivos de almacenamiento de energía eléctrica en forma de cargas electroestáticas confinadas en pequeños dispositivos, formados por pares de placas conductivas separadas por un medio dielèctrico. La construcción y funcionamiento es similar a un condensador convencional a gran escala. Un supercondensador puede llegar a tener capacidades del orden de miles de faradios. Los supercondensadores son caracterizados por poder ser cargados y descargados en brevísimos períodos de tiempo, del orden de segundos o menos, lo cual los hace especialmente apropiados para responder ante necesidades de puntas de potencia o ante interrupciones de suministro de poca duración. Ello es debido a que el almacenamiento de cargas es puramente electroestático.

En los ùtlimos años, los supercondensadores han surgido como una alternativa o complemento imporante para otros dispositivos de producción o almacenaimento de energía eléctrica como las pilas de combustible o las baterías. La principal virtud del primero frente a los dos ùltimos es la mayor potencia que es capaz de inyectar, aunque poseen una menor densidad de energía. Otras características de los supercondensadores son la rapidez de carga y descarga, pueden proporcionar corriente de carga altas, cosa que daña a las baterías, el nùmero de ciclos de vida de los mismos, del orden de millones de veces, no necesitan mantenimiento, trabajan en condiciones de temperatura muy adversas y por ùltimo, no presentan en su composición elementos tóxicos, muy comùn en baterías.

La principal desventaja de los supercondensadores es la limitada capacidad de almacenar energía, y al dìa de hoy, su mayor precio. En realidad debido a sus diferentes prestaciones, condensadores y baterìas no son sistemas que rivalicen entre sí, si no màs bien se pueden considerar en muchas aplicaciones como sistemas complementarios donde la baterìa aporta la energìa mientras el supercondensador aporta los picos de potencia.

Los materiales estudiados como electrodos para supercondensadores son principalmente de tres tipos: óxidos de metales de transisión, polímeros conductores y materiales de carbono activados. Con óxidos metalicos se han conseguido valores de capacidad muy altos, pero estos supercondensadores tienen la desventaja de que son excesivamente caros y por lo tanto sólo se utilizan en aplicaciones militares y en la industria aeroespacial. El uso de polìmeros conductores tambièn puede dar lugar a capacidades relativamente altas, pero estos materiales presentan el inconveniente de que sufren hinchamiento y contracciòn, lo cual es indeseable puesto que pueden ocasionar la degradación de los electrodos durante los ciclos de carga y descarga. Finalmente, los materiales de carbono se presentan como los materiales activos del electrodo más atractivos, debido a su baje coste relativo, elevada área superficial (pueden superar los 2200 m²/g) y gran disponibilidad. Además, los materiales de carbono pueden presentar unas estructuras diferentes (materiales grafìticos, grafitizables o no grafitizables) y estàn disponibles en una gran variedad de formas (fibras, telas, aerogeles o nanotubos).

Se puede decir que, actualmente, sòlo los supercondensadores basados en carbono, o también llamados condensadores de doble capac (double-layer capacitors), han conseguido llegar a la etapa de comercialización.

Las características principales de estos dispositivos se indican a continuación:

  • Altas capacidades: aprox 1 – 5000 F
  • Densidad de energía unitaria: aprox 1 – 10 Wh/kg
  • Densidad de potencia: aprox 1 – 10 kW/kg
  • Tiempos de carga y descarga: aprox minutos, segundos
  • Número de ciclos de carga y descarga: aprox 10⁶
  • Tensión de trabajo limitada: aprox 1 – 500 V
  • Rendimiento elèctrico: aprox 95 – 99%
  • My baja autodescarga
  • Precio relativamente alto
  • No necesitan mantenimiento
  • No poseen elementos tóxicos
  • Resistencia a condiciones adversas de temperatura
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Como ha sido costumbre durante el año 2011, cada mes he venido presentando la cantidad de visitas a este blog, mediante una figura copia de la sección de estadísticas que da WordPress. Este mes de diciembre ha sido muy fructífero, dado que ha habido una importante cantidad de visitas, a pesar del poco tiempo que le dedique a hacer nuevas entradas al blog, obligado por la agenda recargada entre docencia, estudios de doctorado en física y trabajos otros.

Muchas gracias por visitar el blog y por recomendarlo… este año 2012, me he propuesto nuevas metas que espero compartir con todos los internautas interesados en el tema no sólo en este blog sino en los otros blogs que administro también.

Recuerden que se da asesoria en temas de energías renovables, desarrollo de tesis pregrado y postgrado, trabajos de investigación, lo desarrollamos coordinadamente con los interesados….


Sirve cuando hay cambios de la salida de potencia en respuesta al balance cambiante entre el suministro de energia y la demanda. También, opera en entrada y salida parcial sin comprometer performance o incrementar emisiones, además; responde rápidamente al incremento o decremento de cargas.

Los indicadores de performance, sus valores y una información adicional de cada uno de ellos se muestran en la figura de la presente entrada. Se tiene el costo de capital, costos de operación y mantenimiento, duración de la descarga.

Los costos de capital van desde los US$ 1500 por kW ó US$ 500 por kWh para 3 horas de duración, que es un costo adelantado de la unidad. Costo de operación y de mantenimiento va por los US$ 500 por MWh algo alto pero aceptable. La duración de la descarga es desde 2 a 6 horas.


Demoras o retrasos llevan a la necesidad de actualizar la infraestructura de transmisión y distribución usando cantidades relativamente pequeñas de almacenamiento. También reduce la carga existente en los equipos para extender la vida del equipamiento.

Los indicadores de performance, sus valores y una información adicional de cada uno de ellos se muestran en la figura de la presente entrada. Tenemos el costo, la duración de la descarga, la capacidad, la fiabilidad y el tiempo de vida del sistema. 

El costo es lograr sea US$ 500 por kWh, el costo de transmisión y distribución retrasada o substituida es comparable o menor que los costos de transmisión; sin embargo, debido a que el almacenamiento puede ser intencionamente incremenado mientras que en la transmisión las actualizaciones son grandes y por lo tanto, el almacenamiento tiene una ventaja en los costos. La duración de la descarga de 2 – 4 horas, que permiten compensar fluctuaciones en la demanda de electricidad. La capacidad anda entre 1 MW – 100 MW, sin embargo, las líneas de transmisión necesitan capacidades de almacenamiento mayores a 100 MW. Fiabilidad del 99.9%, dado que para los fines enmarcados en estas aplicaciones se necesita tener un sistema de almacenamiento tan fiable como las líneas de transmisión. Tiempo de vida del sistema de unos 10 años.


Estas aplicaciones lo que tratan es de compensar fluctuaciones de variaciones de corta duración de las salida de la generación renovable.

Los indicadores de performance, sus valores y una información adicional de cada uno de ellos se muestran en la figura de la presente entrada. Se tiene la eficiencia “roundtrip”, el tiempo de vida del sistema, la capacidad y el tiempo de respuesta.

La “roundtirp efficiency” de entre 75% a 90%, que consiste en la eficiencia medida en el transformador a la salida de energía dividida por la energía de ingreso.  El tiempo de vida del sistema está en 10 años, y que varían por la tecnología y el número de ciclos al año, pero unos 10 años sometido a alto ciclaje ser un suficiente tiempo de vida. La capacidad del sistema está entre 1 MW a 20 MW, en donde, la capacidad necesaria de una tecnología de almacenamiento puede depender del tamaño y la intermitancia de la operación de las renovables (por ejemplo, una gran granja eólica con períodos de fuerte viento y nulo viento tiene un alto potencial para contribui a la red pero ello podría ser más efectivo con almacenamiento). El tiempo de respuesta es de 1 – 2 segundos, dado que la respuesta rápida permite al almacenamiento responden a los cambios en la operación de las renovables para minimizar las fluctuaciones de la generación.


En la actualidad se ha desarrollado un gran número de aplicaciones que involucran potencias y energía de distinta magnitud como se puede observar en la figura y que además, se da a saber el tipo de tecnología utilizada. Dicha terminología está en la figura de la entrada anterior. No se puede decir que hay una tecnología dominante tanto a modo general, como por ubicación en la escala de potencia y energía; pero tal parece que hay mayor cantidad de aplicaciones con baterías comunes de ácido, volantes de inercia de alta velocidad y otros tipos particulares de energía… esto para instalaciones de gran potencia y energía, en donde se centra lo que es R&D, porque las aplicaciones de menor potencia, va condicionado – si es ya producción en serie –  por el mercado, el posicionamiento de empresas, etc.


Este es un resumen sobre las tecnologías de almacenamiento de energía basado en la figura que se muestra en la presente entrada.

Hay varias columnas para designar la tecnología de almacenamiento, su principal ventaja (relativa), su principal desventaja (relativa), si son para aplicaciones de potencia y energía.

Entre las tecnologías de almacenamiento estan los volantes de inercia de alta velocidad, capacitores electromecánicos, baterias de ácido tradicional, avanzadas baterias de carbón, baterías de sulfuro de sodio, baterías de iones de litio, baterías de bromuro de zinc, baterías de vanadio redoz, almacenamiento de energía por compresión de aire, almancenamiento por hidro-bombeo.

Entre las diferentes ventajas, hay quienes poden una alta potencia, largo ciclo de vida, bajo costo de capital, alta densidad de energía, capacidad independiente de potencia y de energía. Entre las diferentes desventajas se tiene hay baja dendidad de energía, ciclos de vida limitado, elevados costos, requerimiento para arrancar en alta temperatura, necesidad de reforzar los circuitos de control, requerir de sitios especiales.

En lo que se refiere a las aplicaciones de potencia y energía, algunas tecnologías son totalmente posibles y razonables, otras razonables para alguna aplicación en especial, otras factibles pero no muy prácticas y económicas, y otras  no factibles o económicas. Los costos van relacionados a lo que el usuario puede pagar por la implementación de tal tecnología.


Muchas aplicaciones del almacenamiento de energía se tiene en la actualidad, unas más o menos implementadas, unas más o menos desarrolladas, pero es un tema en constante desarrollo. Algunas tienen que ver con:

  • Sirve como un amortiguador de precios, es decir, es un elemento para suministrar energía cuando los costos de electricidad son altos, como por ejemplo: en las horas punta.
  • Reduce o disminuye la necesidad de instalar nuevas generadoras.
  • Realiza un seguimiento de la carga, alternando la respuesta ante variaciones entre el suministro de electricidad y la demanda.
  • Permite tener una capacidad de reserva.
  • Realiza un soporte del voltaje.
  • Realiza también un soporte y mejor performance de los sistemas de transmisión y distribución.
  • Da una asistencia a lo que es la integración de fuentes solares y eólicas reduciendo la volatilidad de la salida y su variabilidad, mejorando la calidad de la energía, reduciendo los problemas de congestión, entre otras.

Y entre otras aplicaciones que pueden ver en la figura que he colocado en este post.

 


ASAMBLEA NACIONAL DE RECTORES

COMISIÓN DE COORDINACIÓN INTERUNIVERSITARIA

V  CONCURSO NACIONAL DE TESIS DE POSGRADO DE MAESTRÍA Y DOCTORADO

PREMIO ANR – 2011

MAESTRÍA

CIENCIAS

Primer puesto

Nombre:  MG. JORGE LUIS MÍREZ TARRILLO

Título: Simulación de una Microgrid de voltaje continuo/ alterno alimentado con fuentes solar, eólica, baterías y convencional

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Agradezco a la Asamblea Nacional de Rectores por tal reconocimiento.

“La ceremonia de premiación se llevará a cabo el día jueves 15 de diciembre de 2011 a las 10 am, en la sala N° 2 del auditorio;  y en caso de que  no lleguen las tarjetas de invitación por temas del currier, ustedes pueden venir con sus familiares y amigos”, es lo que han escrito los organizadores, quedan invitados.

La dirección es:

ASAMBLEA NACIONAL DE RECTORES
COMISIÓN DE COORDINACIÓN INTERUNIVERSITARIA
Calle Aldabas Nº337
Las Gardenias – Surco
Lima – 33-Perú

Como referencia queda cerca a la Universidad Ricardo Palma, y, cerca a la intersección de la Vía de Evitamiento con la Av Benavides (Surco)…

Pueden visitar: http://www.anr.edu.pe


Los sistemas de almacenamiento de energía se pueden clasificar de acuerdo a la tabla indicada. En donde se puede ver la categoría de aplicación, el rango de descarga de potencia, rango de tiempo de descarga, el rango de almacenamiento de energia y las aplicaciones representativas.

El almacenamiento de energía en bruto (bulk energy storage) es de uso general, con potencias de hasta 1GW y otras más características mostradas, con aplicaciones principalmente para nivelar la carga. El almacenamiento destinado a generación distribuida, es para salvar picos que por sus características del sistema, no puedan ser atenuadas o signifiquen el encendido de generadores con los costos asociados a ello, se ha considerado como de hasta 2 MW para este tipo. La tercera consideración es un almacenamiento destinado a la salvaguardar la calidad de la energía, con cantidad menor a 2 MW, esto es para elevar la calidad de potencia en el usuario final y también la fiabilidad.

Todas estas formas mencionadas poseen sus propias tecnologías en el rango de la potencia que se desea almacenar, la energía que se puede descargar y los períodos de tiempo asociados para cada tipo de categoría. Las empresas fabricantes y usuarias de dichas tecnologías constamente hacen mejoras tanto en calidad, reducción de costos, mejores prestaciones.


La empresa se llama TDK y seguro que hay muchas que están sacando versiones al respecto. Los capacitores son aquellos que tienen la propiedad de almacenar energía en forma de campo eléctrico, tienen varias cualidades como que el material tiene la propiedad de perdurar ese campo eléctrico, permeabilidad alta, resistencia de superficie pequeña, resistencia volumétrica alta. Sin embargo, estos pequeños elementos que se conoce desde hace épocas han ido evolucionando consiguiendo materiales que almacenen cada vez más energía eléctrica y a un mayor voltaje cada vez.

Hoy los hay hasta de 50 kV… es ya algo bastante apreciable y sus capacitacias están en el orden de hasta 5 mF… impresionante. Se prevee que estos sean en pocos años el reemplazo a las baterías debido a que no necesitan mantenimiento, ni tampoco se basa en reacciones químicas, además cada vez se está consiguiendo mayores densidad de energia y mejor desempeño… últimamente el grafeno está dando índicios de su utilidad para éste tipo de cosas. Sus aplicaciones va en almacenar energía, así como también el servir para regular la producción de fuentes renovables como la energía eólica y fotovoltaica, en donde, por cuestiones de fluctuaciones en la velocidad del viento o por sombreado de cierta zona del parque solar, se da decrementos en la producción eléctrica o en el caso de compensar defectos de los equipos de control electrónico que regulan por ejemplo el seguimiento del punto de máxima potencia de despacho de una fuente fotovoltaica.

Si están interesados en el tema, se puede simular y por supuesto, estamos para asesorarles…


Quién no ha tenido alguna vez que lidear con lo que hace un capacitor?… desde el flash de la cámara digital, hasta el disparo de un equipo de Rayos X, pasando por el encendido de un automóvil o moto, en los circuitos eléctricos y electrónicos, en los dispositivos de arranque de motores, etc.  La ecuación que gobierna un capacitor es sencilla y poco ha poco han ido construyendo elementos que almacenan cada vez más y más energía.

La capacitancia es una muestra de cuánta energía puede almacenar un capacitor en forma de campo eléctrico. Y los supercapacitores, como los siguientes ultracondensadores (y de ahi que vendrá… xD) se muestran con una buena perspectiva de aplicaciones tanto a uso industrial, doméstico y personal.

Esta nueva generación de condensadores pueden almacenar mucho más energía por unidad de peso y también de potencia por unidad de peso