Por Qué Las Baterías De Flujo De Vanadio Pueden Ser El Futuro Del Almacenamiento De Energía A Escala De Servicios Públicos

Una batería de flujo de vanadio de Invinity Energy Systems que se está probando en el National Renewable Energy … Laboratorio (2019).

Invinity Energy Systems

A principios de este año, la Comisión de Energía de California (CCA) publicó una solicitud de 20 millones de dólares 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 el almacenamiento de energía de larga duración (10 horas o más) puede desempeñar para ayudar a cumplir con los mandatos del estado de descarbonizar el sector eléctrico para 2045. Las baterías de iones de litio fueron excluidas de la solicitud.

La CCA seleccionó cuatro proyectos de almacenamiento de energía que incorporaban baterías de flujo de vanadio (“VfB”) de Invinity Energy Systems plc, con sede en América del Norte y el Reino Unido. Los cuatro sitios son instalaciones comerciales o industriales que desean autogenerar energía (como la energía solar) y, en algunos casos, tienen la capacidad de operar fuera de la red. El alcance total de Invinity es de 7,8 megavatios-hora (MWh) de baterías en los cuatro proyectos. Parte del objetivo es poder desconectar esas instalaciones de la red durante un período prolongado de tiempo, para evitar interrupciones en su suministro de energía durante los cortes de la red.

¿Qué es un VFB y en qué se diferencia de la batería de iones de litio más ubicua? Para responder a estas preguntas y obtener más información sobre Invinity Energy Systems, esta semana hablé con Matt Harper, Director Comercial y cofundador de Invinity, y Joe Worthington, Director de Comunicaciones de la compañía.

Matt es 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 puede existir comúnmente 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 agregas un electrón, se convierte en un ion V2+. Esta transferencia de electrones de ida y vuelta 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 difiere de las baterías de iones de litio en que cada vez que el litio se carga y descarga, está enchapando y agotando el metal de litio en el cátodo. Aunque esta reacción es casi completamente reversible, conducirá a la degradación después de unos pocos miles de ciclos y el rendimiento disminuirá.

Un VFB consiste en dos tanques de electrolito disueltos 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 en un período de tiempo medido en décadas, sin degradación en la capacidad de las soluciones de vanadio para retener la carga.

Estiman que cada 10-20 años, la membrana que la especie iónica cruza requerirá un reemplazo. Una vez más, esto es diferente a una batería de iones de litio, donde toda la batería tendría que ser reemplazada. Compararon esto con el mantenimiento de un coche. 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 dirigidos a aplicaciones estacionarias. Sin embargo, en comparación con las baterías de iones de litio para almacenamiento a escala de red, no hay riesgo de incendio con VfB. Las baterías de iones de litio deben estar más separadas o tener suficiente supresión de incendios. Por lo tanto, los VFB se pueden embalar más apretados que el litio, por lo que la huella para el funcionamiento a escala de red es comparable.

En cuanto al costo, Invinity informa que venden sus baterías a un precio en el mismo estadio que Li-ion por MWh para el mercado industrial. El beneficio de VFB de Invinity viene en el costo nivelado a lo largo del tiempo debido a las décadas de servicio que un solo dispositivo puede brindar. Los VFB pueden cargar y descargar varios ciclos completos al día 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 utilidad donde se necesita un ciclo diario que puede no ser suficiente para darle la ventaja al ion de litio.

La tecnología principal de Invinity, la “pila de células” en el núcleo del VFB, se desarrolla y fabrica en Vancouver, Canadá. La compañía también tiene un proveedor en China que hace 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.

2 Instalación de MWh en Huanghe Hydro en China.

Sistemas de Energía Invinity.

Pregunté qué hace Invinity de manera diferente a los competidores en este espacio. Matt me dijo que el enfoque que Invinity tomó 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 entregar productos de bajo costo porque no estandarizaron la producción. Invinity ha producido unos 250 módulos desde 2017, y actualmente están construyendo un sitio, parte del Energy Superhub Oxford en el Reino Unido, que tendrá 162 módulos.

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

Finalmente, pregunté sobre el suministro de vanadio. Aprendí que 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 equilibrio 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 Estados Unidos.En la actualidad, el 90% del suministro se destina a la fabricación de acero. Por lo tanto, 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 las VFB brillan en aplicaciones de larga duración donde se requiere energía todos los días; por ejemplo, cuando se trata de hacer que la energía solar esté disponible bajo demanda durante todo el día.

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

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