Por que as baterias de fluxo de Vanádio podem ser o futuro do armazenamento de energia em escala de utilidade

uma bateria de fluxo vanádio de Sistemas de energia Invinidade a ser testada na energia renovável Nacional … Laboratório (2019).

Invinity Energy Systems

no início deste ano, a California Energy Commission (CEC) publicou uma solicitação de US $20 milhões para financiar projetos de pesquisa para a implantação de armazenamento de energia de longa duração. O objetivo era desenvolver uma compreensão clara do papel que o armazenamento de energia de longa duração (10 horas ou mais) pode desempenhar para ajudar a cumprir os mandatos do Estado para descarbonizar o setor elétrico até 2045. As baterias de iões de lítio foram excluídas da solicitação.

the CEC selected four energy storage projects incorporating vanadium flow batteries (“VFBs”) from North America and UK-based Invinity Energy Systems plc. Os quatro locais são todas instalações comerciais ou industriais que querem auto-gerar energia (como a solar) e, em alguns casos, têm a capacidade de operar fora da rede. O escopo total da Invinity é de 7,8 megawatts-hora (MWh) de baterias em todos os quatro projetos. Parte do objetivo é ser capaz de retirar essas instalações fora da rede por um longo período de tempo, a fim de evitar interrupções na sua fonte de alimentação durante as interrupções da rede.

o que é um VFB, e como difere da bateria de iões de lítio mais omnipresente? Para responder a estas perguntas e saber mais sobre os sistemas de energia Invinity, esta semana falei com o Diretor Comercial e co-fundador da Invinity, Matt Harper e Joe Worthington, Diretor de comunicação da empresa.

Matt é um engenheiro mecânico por treinamento, e ele explicou que ele vem construindo tecnologia de energia limpa há 25 anos. Nos últimos 15 anos, ele tem desenvolvido baterias de fluxo.

vanádio é um elemento que pode comumente existir em quatro estados de oxidação diferentes. Isso só significa que pode existir como um íon com cargas diferentes. Por exemplo, um íon vanádio que está faltando três elétrons teria uma carga de V3+. Se você adicionar um elétron a ele, ele se converte em um íon V2+. Esta transferência de elétrons para frente e para trás é o que faz VFBs carga e descarga, como os íons vanádio na bateria oscilam de V2+ para V5+.

this differs from lithium-ion batteries in that every time lithium charges and descargas it is plating and deplating lithium metal on the cathode. Embora esta reacção seja quase completamente reversível, levará à degradação após alguns milhares de ciclos e o desempenho diminuirá.

uma VFB consiste em dois tanques de eletrólito dissolvidos em água e separados por uma membrana de troca de prótons. Ambos os electrólitos são baseados em vanádio. Como as baterias são carregadas e descarregadas, os íons vanádio são simplesmente movidos entre estados de oxidação. De acordo com Matt, isso pode ser feito dezenas de milhares de vezes ao longo de um período de tempo medido em décadas, sem degradação na capacidade das soluções de vanádio para manter a carga.

estimam que a cada 10-20 anos, a membrana que a espécie iónica atravessa exigirá uma substituição. Mais uma vez, isto é diferente de uma bateria de iões de lítio, onde toda a bateria teria de ser substituída. Compararam isto com a manutenção de um carro. Matt indicou que eles têm produtos no campo que fizeram mais de 30 anos de carga e descarga de ciclismo.

as baterias de iões Li têm uma vantagem na densidade de energia, e é por isso que os VFBs estão sendo direcionados para aplicações estacionárias. No entanto, em comparação com baterias Li-ion para armazenamento em escala de grade, não há risco de incêndio com VFBs. As baterias Li-ion precisam ser espaçadas mais longe ou ter suficiente supressão de fogo. Assim, VFBs pode ser embalado mais apertado do que o lítio, de modo que a pegada para operação em escala de grade é comparável.

no que diz respeito ao custo, a Invinidade relata que eles vendem suas baterias a um preço no mesmo estádio que Li-ion por MWh para o mercado industrial. O benefício do VfB da Invinity vem no custo nivelado ao longo do tempo por causa das décadas de serviço que um único dispositivo pode oferecer. VFBs pode carregar e descarregar vários ciclos completos diariamente por 20 anos. Mesmo que você pode obter milhares de ciclos com uma bateria Li-ion, para um utilitário ou aplicação de armazenamento comercial onde o ciclismo diário é necessário que pode não ser suficiente para dar Li-ion a vantagem.

a tecnologia de núcleo da Invinity – a” pilha de células ” no núcleo da VFB-é desenvolvida e fabricada em Vancouver, Canadá. A empresa também tem um fornecedor na China que faz cercas de metal. No entanto, a montagem final é feita o mais próximo possível de onde os projetos são entregues devido à dimensão das instalações.

a Invinidade tem aplicações comerciais dos seus VFBs instalados em mais de 40 locais em toda a Europa, América do Norte, África, Ásia e Australásia. Abaixo está um projeto de 2 MWh na China que está em operação há dois anos.

2 instalação de MWh na Huanghe Hydro, na China.

Sistemas Energéticos De Invinidade. Perguntei o que a Invinidade faz de diferente dos concorrentes neste espaço. Matt me disse que a abordagem que a Invinidade tomou era pegar os fundamentos da química e entregá-los como um produto chave na mão. Eles confiaram na fabricação de alto volume para obter o preço para baixo e obter um bom controle de qualidade. Alguns fabricantes de VFB não conseguiram entregar produtos de baixo custo porque eles não padronizaram a produção. A Invinity produziu cerca de 250 módulos desde 2017, e eles estão atualmente construindo um site, parte da Superhub de energia Oxford no Reino Unido, que terá 162 módulos.

existem atualmente aplicações comerciais de baterias de V de fluxo. O foco está em aplicações comerciais / industriais que estão compensando os períodos de tarifação de pico, um bit justo na geração em escala de grade, e também microgrids autônomos onde os indivíduos querem estar fora da rede o tempo todo ou durante interrupções de energia. Finalmente, perguntei sobre o fornecimento de vanádio. Aprendi que o vanádio é o 13º elemento metálico mais abundante na crosta terrestre. É mais abundante do que cobre. Além disso, o fornecimento de vanádio na bateria pode ser reciclado praticamente infinitamente como os íons vanádio são movidos entre estados de oxidação, e não destruídos ou degradados. Além do eletrólito de vanádio ser infinitamente reutilizável, o equilíbrio do VfB de Invinidade é feito quase inteiramente de materiais comuns, como aço e plásticos domésticos, que podem ser facilmente reciclados.

Existem grandes recursos de vanádio nos EUA atualmente, 90% da oferta vai para a fabricação de aço. Assim, regiões produtoras de aço como a China são Atualmente os maiores produtores de vanádio.

em conclusão, Matt reconheceu que as baterias Li-ion provaram que o armazenamento de energia pode ser rentável, e VFBs têm beneficiado com o progresso. He added that Li-ion batteries are great for storing 2-4 hours of energy 50 times a year, but VFBs shine in long-duration applications where energy is required every day; for example, when trying to make solar energy available on demand around the clock.

mas a concentração em torno de uma tecnologia específica — especialmente uma Como a bateria de iões Li que para armazenamento de rede é fabricado quase exclusivamente ao largo-é uma preocupação. Assim, a VFBs oferece diversificação no espaço de armazenamento, tanto no local de fabricação, e direcionado para um mercado que é talvez um melhor ajuste do que para baterias Li-ion.

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