Almacenamiento de energía
EsquemaEditar
La siguiente lista incluye una variedad de tipos de almacenamiento de energía:
- Amacenamiento de combustibles fósiles
- Mecánico
- Muelle
- Amacenamiento de energía en aire comprimido (CAES)
- Locomotora sin fuego
- Acumulación de energía en rueda volante
- Gravitacional de masa sólida
- Acumulador hidráulico
- Hidroelectricidad bombeada-hidroeléctrica de almacenamiento por bombeo (pumped hydroelectric storage, PHS, o hidroelectricidad de almacenamiento por bombeo, PSH)
- Expansión térmica
- Eléctrica, electromagnética
- Condensador
- Supercondensador
- Acumulación de energía magnética superconductora (SMES, también bobina de almacenamiento superconductora)
- Biológico
- Glicógeno
- Estómago
- Electroquímico (Sistema de almacenamiento de energía en batería, BESS)
- Batería de flujo
- Batería recargable
- UltraBatería
- Térmica
- Calentador de almacenamiento de ladrillos
- Almacenamiento de energía criogénica, Almacenamiento de energía en aire líquido (LAES)
- Motor de nitrógeno líquido
- Sistema eutéctico
- Aire acondicionado de almacenamiento de hielo
- Almacenamiento de sales fundidas
- Cambio de fasede fase
- Amacenamiento de energía térmica estacional
- Balsa solar
- Acumulador de vapor
- Amacenamiento de energía térmica (general)
- Química
- Biocombustibles
- Sales hidratadas
- Almacenamiento de hidrógeno
- Peróxido de hidrógeno peróxido
- Energía a gas
- Pentóxido de vanadio
MecánicaEditar
La energía puede almacenarse en agua bombeada a una mayor elevación utilizando métodos de almacenamiento por bombeo o moviendo materia sólida a lugares más altos (baterías por gravedad). Otros métodos mecánicos comerciales incluyen la compresión de aire y los volantes de inercia que convierten la energía eléctrica en energía interna o cinética y luego de nuevo cuando la demanda eléctrica alcanza su punto máximo.
HidroelectricidadEditar
Las presas hidroeléctricas con embalses pueden funcionar para proporcionar electricidad en momentos de máxima demanda. El agua se almacena en el embalse durante los períodos de baja demanda y se libera cuando la demanda es alta. El efecto neto es similar al del almacenamiento por bombeo, pero sin la pérdida de bombeo.
Si bien una presa hidroeléctrica no almacena directamente la energía de otras unidades de generación, se comporta de manera equivalente al reducir la producción en períodos de exceso de electricidad de otras fuentes. En este modo, las presas son una de las formas más eficientes de almacenamiento de energía, porque sólo cambia el momento de su generación. Las turbinas hidroeléctricas tienen un tiempo de puesta en marcha del orden de unos pocos minutos.
Hidroeléctrica de bombeoEditar
En todo el mundo, la hidroelectricidad de bombeo (PSH) es la forma de almacenamiento de energía en la red activa de mayor capacidad disponible y, en marzo de 2012, el Instituto de Investigación de la Energía Eléctrica (EPRI) informa de que la PSH representa más del 99% de la capacidad de almacenamiento a granel en todo el mundo, lo que representa alrededor de 127.000 MW. La eficiencia energética de los PSH varía en la práctica entre el 70% y el 80%, con afirmaciones de hasta el 87%.
En momentos de baja demanda eléctrica, el exceso de capacidad de generación se utiliza para bombear agua desde una fuente inferior a un depósito superior. Cuando la demanda aumenta, el agua se devuelve a un embalse inferior (o a un curso de agua o masa de agua) a través de una turbina, generando electricidad. Los conjuntos turbina-generador reversibles actúan a la vez como bomba y turbina (normalmente un diseño de turbina Francis). Casi todas las instalaciones utilizan la diferencia de altura entre dos masas de agua. Las centrales de bombeo puro desplazan el agua entre embalses, mientras que el enfoque «pump-back» es una combinación de centrales de bombeo y centrales hidroeléctricas convencionales que utilizan el flujo natural de la corriente.
Aire comprimidoEditar
El almacenamiento de energía en aire comprimido (CAES) utiliza la energía sobrante para comprimir aire y generar posteriormente electricidad. Los sistemas a pequeña escala se utilizan desde hace tiempo en aplicaciones como la propulsión de locomotoras mineras. El aire comprimido se almacena en un depósito subterráneo, como una cúpula de sal.
Las plantas de almacenamiento de energía de aire comprimido (CAES) pueden salvar la brecha entre la volatilidad de la producción y la carga. El almacenamiento de CAES responde a las necesidades energéticas de los consumidores proporcionando energía fácilmente disponible para satisfacer la demanda. Las fuentes de energía renovables, como la eólica y la solar, varían. Por eso, en los momentos en que proporcionan poca energía, es necesario complementarlas con otras formas de energía para satisfacer la demanda energética. Las plantas de almacenamiento de energía por aire comprimido pueden recoger el excedente de energía de las fuentes renovables en los momentos de sobreproducción energética. Esta energía almacenada puede utilizarse posteriormente cuando la demanda de electricidad aumente o la disponibilidad de recursos energéticos disminuya.
La compresión del aire crea calor; el aire está más caliente después de la compresión. La expansión requiere calor. Si no se añade calor adicional, el aire estará mucho más frío después de la expansión. Si el calor generado durante la compresión puede almacenarse y utilizarse durante la expansión, la eficiencia mejora considerablemente. Un sistema CAES puede gestionar el calor de tres maneras. El almacenamiento del aire puede ser adiabático, diabático o isotérmico. Otro enfoque utiliza aire comprimido para alimentar los vehículos.
Volante de inerciaEditar
El almacenamiento de energía en el volante de inercia (FES, por sus siglas en inglés) funciona acelerando un rotor (un volante de inercia) a una velocidad muy alta, manteniendo la energía como energía rotacional. Cuando se añade energía, la velocidad de rotación del volante aumenta, y cuando se extrae la energía, la velocidad disminuye, debido a la conservación de la energía.
La mayoría de los sistemas FES utilizan la electricidad para acelerar y desacelerar el volante, pero se están estudiando dispositivos que utilizan directamente la energía mecánica.
Los sistemas FES tienen rotores hechos de compuestos de fibra de carbono de alta resistencia, suspendidos por cojinetes magnéticos y que giran a velocidades de entre 20.000 y más de 50.000 revoluciones por minuto (rpm) en un recinto al vacío. Estos volantes de inercia pueden alcanzar la velocidad máxima («carga») en cuestión de minutos. El sistema de volante de inercia está conectado a una combinación de motor eléctrico/generador.
Los sistemas FES tienen una vida útil relativamente larga (duran décadas con poco o ningún mantenimiento; la vida útil de ciclo completo citada para los volantes de inercia oscila entre más de 105, hasta 107, ciclos de uso), alta energía específica (100-130 W-h/kg, o 360-500 kJ/kg) y densidad de potencia.
Masa sólida gravitacional Editar
Cambiar la altitud de las masas sólidas puede almacenar o liberar energía mediante un sistema de elevación accionado por un motor/generador eléctrico. Los estudios sugieren que la energía puede empezar a liberarse con tan sólo un segundo de antelación, lo que convierte el método en una útil alimentación suplementaria de una red eléctrica para equilibrar los picos de carga.
La eficiencia puede llegar a ser del 85% de recuperación de la energía almacenada.
Esto puede lograrse colocando las masas en el interior de antiguos pozos mineros verticales o en torres especialmente construidas en las que los pesados pesos se elevan con un cabrestante para almacenar energía y se permite un descenso controlado para liberarla. En 2020 se está construyendo un prototipo de almacén vertical en Edimburgo, Escocia
El almacenamiento de energía potencial o almacenamiento de energía por gravedad se estaba desarrollando activamente en 2013 en asociación con el Operador del Sistema Independiente de California. En él se examinaba el movimiento de vagones tolva llenos de tierra y accionados por locomotoras eléctricas desde las zonas más bajas a las más altas.
Otros métodos propuestos incluyen:-
- utilizar raíles y grúas para mover pesos de hormigón hacia arriba y hacia abajo;
- utilizar plataformas de globos de gran altura alimentados por energía solar que soportan cabrestantes para subir y bajar masas sólidas colgadas debajo de ellos,
- utilizar cabrestantes soportados por una barcaza oceánica para aprovechar una diferencia de elevación de 4 km (13.000 pies) entre la superficie del mar y el fondo marino,
ThermalEdit
El almacenamiento de energía térmica (TES) es el almacenamiento o la extracción temporal de calor.
Termia de calor sensibleEditar
El almacenamiento de calor sensible aprovecha el calor sensible de un material para almacenar energía.
El almacenamiento de energía térmica estacional (STES) permite utilizar el calor o el frío meses después de haberlo recogido de la energía residual o de fuentes naturales. El material puede almacenarse en acuíferos contenidos, grupos de perforaciones en sustratos geológicos como arena o lecho de roca cristalina, en pozos revestidos llenos de grava y agua, o en minas llenas de agua. Los proyectos de almacenamiento de energía térmica estacional (STES) suelen tener una rentabilidad de entre cuatro y seis años. Un ejemplo es la comunidad solar de Drake Landing, en Canadá, en la que el 97% del calor de todo el año lo proporcionan los colectores solares térmicos de los tejados de los garajes, con un almacén de energía térmica de pozo (BTES) como tecnología facilitadora. En Braedstrup (Dinamarca), el sistema de calefacción urbana solar de la comunidad también utiliza STES, a una temperatura de 65 °C (149 °F). Una bomba de calor, que sólo funciona cuando hay excedente de energía eólica disponible en la red nacional, se utiliza para elevar la temperatura a 80 °C (176 °F) para su distribución. Cuando no hay excedente de electricidad generada por el viento, se utiliza una caldera de gas. El 20% del calor de Braedstrup es solar.
Calor latente térmico (LHTES)Editar
Los sistemas de almacenamiento de energía térmica por calor latente funcionan transfiriendo calor hacia o desde un material para cambiar su fase. Un cambio de fase es la fusión, solidificación, vaporización o licuación. Este material se denomina material de cambio de fase (PCM). Los materiales utilizados en los LHTES suelen tener un alto calor latente, de modo que a su temperatura específica, el cambio de fase absorbe una gran cantidad de energía, mucho más que el calor sensible.
Un acumulador de vapor es un tipo de LHTES en el que el cambio de fase es entre líquido y gas y utiliza el calor latente de vaporización del agua. Los sistemas de aire acondicionado con almacenamiento de hielo utilizan la electricidad fuera de horas para almacenar el frío mediante la congelación del agua en hielo. El frío almacenado en el hielo se libera durante el proceso de fusión y puede utilizarse para la refrigeración en las horas punta.
Almacenamiento de energía térmica criogénicaEditar
Ver artículo principal Almacenamiento de energía criogénica
El aire puede licuarse mediante enfriamiento con electricidad y almacenarse como criógeno con las tecnologías existentes. A continuación, el aire líquido puede expandirse mediante una turbina y recuperar la energía en forma de electricidad. El sistema se demostró en una planta piloto en el Reino Unido en 2012.En 2019, Highview anunció planes para construir una de 50 MW en el norte de Inglaterra y el norte de Vermont, con la instalación propuesta capaz de almacenar de cinco a ocho horas de energía, para una capacidad de almacenamiento de 250-400 MWh.
Batería de CarnotEditar
Ver artículo principal Batería de Carnot
La energía eléctrica puede almacenarse en acumuladores de calor mediante calefacción resistiva o bombas de calor, y el calor almacenado puede volver a convertirse en electricidad mediante el ciclo Rankine o el ciclo Brayton.Esta tecnología se ha estudiado para reconvertir las antiguas centrales eléctricas de carbón en sistemas de generación sin combustibles fósiles. Las calderas de carbón se sustituyen por un almacenamiento de calor a alta temperatura que se carga con el exceso de electricidad procedente de fuentes de energía renovables variables.En 2020, el Centro Aeroespacial Alemán comienza a construir el primer sistema de baterías Carnot a gran escala del mundo, que tiene una capacidad de almacenamiento de 1.000 MWh.
ElectroquímicaEditar
Batería recargableEditar
Una batería recargable comprende una o más celdas electroquímicas. Se conoce como «célula secundaria» porque sus reacciones electroquímicas son eléctricamente reversibles. Las baterías recargables tienen muchas formas y tamaños, desde pilas de botón hasta sistemas de red de megavatios.
Las baterías recargables tienen un coste total de uso y un impacto medioambiental menores que las baterías no recargables (desechables). Algunos tipos de pilas recargables están disponibles en los mismos factores de forma que las desechables. Las baterías recargables tienen un coste inicial más elevado, pero pueden recargarse de forma muy barata y utilizarse muchas veces.
Las químicas más comunes de las baterías recargables son:
- Batería de plomo-ácido: Las baterías de plomo-ácido tienen la mayor cuota de mercado de los productos de almacenamiento eléctrico. Una sola célula produce unos 2V cuando se carga. En el estado de carga, el electrodo negativo de plomo metálico y el electrodo positivo de sulfato de plomo se sumergen en un electrolito de ácido sulfúrico diluido (H2SO4). En el proceso de descarga, los electrones son expulsados de la célula al formarse sulfato de plomo en el electrodo negativo, mientras que el electrolito se reduce a agua.
- La tecnología de las baterías de plomo-ácido se ha desarrollado ampliamente. Su mantenimiento requiere un trabajo mínimo y su coste es bajo. La capacidad energética disponible de la batería está sujeta a una rápida descarga, lo que da lugar a una baja vida útil y a una baja densidad energética.
- Batería de níquel-cadmio (NiCd): Utiliza hidróxido de óxido de níquel y cadmio metálico como electrodos. El cadmio es un elemento tóxico y la Unión Europea lo prohibió para la mayoría de sus usos en 2004. Las baterías de níquel-cadmio han sido sustituidas casi por completo por las de níquel-hidruro metálico (NiMH).
- Batería de níquel-hidruro metálico (NiMH): Los primeros tipos comerciales estuvieron disponibles en 1989. Ahora son un tipo común de consumo e industrial. La batería tiene una aleación que absorbe el hidrógeno para el electrodo negativo en lugar de cadmio.
- Batería de iones de litio: La elección en muchos aparatos electrónicos de consumo y tienen una de las mejores relaciones energía-masa y una autodescarga muy lenta cuando no se utiliza.
- Batería de polímero de iones de litio: Estas baterías son ligeras y pueden fabricarse con la forma que se desee.
Batería de flujoEditar
Una batería de flujo funciona haciendo pasar una solución sobre una membrana en la que se intercambian iones para cargar o descargar la célula. El voltaje de la celda viene determinado químicamente por la ecuación de Nernst y oscila, en aplicaciones prácticas, entre 1,0 V y 2,2 V. La capacidad de almacenamiento depende del volumen de la solución. Una batería de flujo es técnicamente similar a una pila de combustible y a una célula de acumulación electroquímica. Las aplicaciones comerciales son para el almacenamiento de medio ciclo largo, como la energía de reserva de la red.
SupercondensadorEditar
Los supercondensadores, también llamados condensadores eléctricos de doble capa (EDLC) o ultracondensadores, son una familia de condensadores electroquímicos que no tienen dieléctricos sólidos convencionales. La capacitancia está determinada por dos principios de almacenamiento, la capacitancia de doble capa y la pseudocapacitancia.
Los supercondensadores tienden un puente entre los condensadores convencionales y las baterías recargables. Almacenan la mayor cantidad de energía por unidad de volumen o masa (densidad energética) entre los condensadores. Soportan hasta 10.000 faradios/1,2 voltios, hasta 10.000 veces más que los condensadores electrolíticos, pero entregan o aceptan menos de la mitad de energía por unidad de tiempo (densidad de potencia).
Aunque los supercondensadores tienen densidades de energía específica y de energía que son aproximadamente el 10% de las baterías, su densidad de potencia es generalmente de 10 a 100 veces mayor. Esto hace que los ciclos de carga/descarga sean mucho más cortos. Además, toleran muchos más ciclos de carga y descarga que las baterías.
Los supercondensadores tienen muchas aplicaciones, entre ellas:
- Corriente de alimentación baja para el respaldo de la memoria en la memoria estática de acceso aleatorio (SRAM)
- Energía para coches, autobuses, trenes, grúas y ascensores, incluyendo la recuperación de energía del frenado, el almacenamiento de energía a corto plazo y la entrega de energía en modo ráfaga
Otros productos químicosEditar
Energía a gasEditar
El power to gas es la conversión de la electricidad en un combustible gaseoso como el hidrógeno o el metano. Los tres métodos comerciales utilizan la electricidad para reducir el agua en hidrógeno y oxígeno mediante electrólisis.
En el primer método, el hidrógeno se inyecta en la red de gas natural o se utiliza para el transporte. El segundo método consiste en combinar el hidrógeno con el dióxido de carbono para producir metano mediante una reacción de metanación, como la reacción de Sabatier, o la metanación biológica, lo que supone una pérdida de conversión energética adicional del 8%. A continuación, el metano puede introducirse en la red de gas natural. El tercer método utiliza el gas de salida de un generador de gas de madera o de una planta de biogás, después de que el mejorador de biogás se mezcle con el hidrógeno del electrolizador, para mejorar la calidad del biogás.
HidrógenoEditar
El elemento hidrógeno puede ser una forma de energía almacenada. El hidrógeno puede producir electricidad a través de una pila de combustible de hidrógeno.
A penetraciones inferiores al 20% de la demanda de la red, las renovables no cambian gravemente la economía; pero más allá de alrededor del 20% de la demanda total, el almacenamiento externo se vuelve importante. Si estas fuentes se utilizan para fabricar hidrógeno iónico, pueden ampliarse libremente. En 2007 se inició un programa piloto comunitario de 5 años de duración que utiliza turbinas eólicas y generadores de hidrógeno en la remota comunidad de Ramea (Terranova y Labrador). Un proyecto similar comenzó en 2004 en Utsira, una pequeña isla noruega.
Las pérdidas de energía que conlleva el ciclo de almacenamiento de hidrógeno provienen de la electrólisis del agua, la licuación o compresión del hidrógeno y la conversión en electricidad.
Se necesitan unos 50 kW-h (180 MJ) de energía solar para producir un kilogramo de hidrógeno, por lo que el coste de la electricidad es crucial. A 0,03 dólares/kWh, una tarifa de línea de alta tensión fuera de horas punta habitual en Estados Unidos, el hidrógeno cuesta 1,50 dólares por kilogramo de electricidad, lo que equivale a 1,50 dólares/galón de gasolina. Otros costes incluyen la planta electrolizadora, los compresores de hidrógeno o la licuefacción, el almacenamiento y el transporte.
El hidrógeno también puede producirse a partir del aluminio y el agua, eliminando la barrera de óxido de aluminio que tiene el aluminio de forma natural e introduciéndolo en el agua. Este método es beneficioso porque se pueden utilizar latas de aluminio recicladas para generar hidrógeno; sin embargo, los sistemas para aprovechar esta opción no se han desarrollado comercialmente y son mucho más complejos que los sistemas de electrólisis. Los métodos comunes para eliminar la capa de óxido incluyen catalizadores cáusticos como el hidróxido de sodio y aleaciones con galio, mercurio y otros metales.
El almacenamiento de hidrógeno subterráneo es la práctica de almacenamiento de hidrógeno en cavernas, cúpulas de sal y campos de petróleo y gas agotados. Imperial Chemical Industries ha almacenado grandes cantidades de hidrógeno gaseoso en cavernas durante muchos años sin ninguna dificultad. El proyecto europeo Hyunder indicó en 2013 que el almacenamiento de energía eólica y solar mediante hidrógeno subterráneo requeriría 85 cavernas.
Powerpaste es un gel fluido a base de magnesio e hidrógeno que libera hidrógeno al reaccionar con el agua. Fue inventado, patentado y está siendo desarrollado por el Instituto Fraunhofer de Tecnología de Fabricación y Materiales Avanzados (IFAM) de la Fraunhofer-Gesellschaft. Powerpaste se fabrica combinando polvo de magnesio con hidrógeno para formar hidruro de magnesio en un proceso llevado a cabo a 350 °C y entre cinco y seis veces la presión atmosférica. A continuación se añade un éster y una sal metálica para obtener el producto final. Fraunhofer afirma que está construyendo una planta de producción que comenzará a fabricar en 2021 y que producirá 4 toneladas de Powerpaste al año. Fraunhofer ha patentado su invento en Estados Unidos y la UE. Fraunhofer afirma que Powerpaste es capaz de almacenar la energía del hidrógeno con una densidad energética 10 veces superior a la de una pila de litio de dimensiones similares y es segura y conveniente para situaciones de automoción.
MetanoEditar
El metano es el hidrocarburo más simple con la fórmula molecular CH4. El metano es más fácil de almacenar y transportar que el hidrógeno. Las infraestructuras de almacenamiento y combustión (gasoductos, gasómetros, centrales eléctricas) están maduras.
El gas natural sintético (syngas o SNG) puede crearse en un proceso de varios pasos, empezando por el hidrógeno y el oxígeno. A continuación, el hidrógeno reacciona con el dióxido de carbono en un proceso Sabatier, produciendo metano y agua. El metano puede almacenarse y utilizarse posteriormente para producir electricidad. El agua resultante se recicla, reduciendo la necesidad de agua. En la etapa de electrólisis, el oxígeno se almacena para la combustión del metano en un entorno de oxígeno puro en una central eléctrica adyacente, eliminando los óxidos de nitrógeno.
La combustión del metano produce dióxido de carbono (CO2) y agua. El dióxido de carbono puede reciclarse para potenciar el proceso Sabatier y el agua puede reciclarse para su posterior electrólisis. La producción, el almacenamiento y la combustión de metano reciclan los productos de la reacción.
El CO2 tiene valor económico como componente de un vector de almacenamiento de energía, no un coste como en la captura y el almacenamiento de carbono.
Power to liquidEdit
El power to liquid es similar al power to gas, salvo que el hidrógeno se convierte en líquidos como el metanol o el amoníaco. Estos son más fáciles de manejar que los gases y requieren menos precauciones de seguridad que el hidrógeno. Pueden utilizarse para el transporte, incluidos los aviones, pero también para fines industriales o en el sector energético.
BiocombustiblesEditar
Varios biocombustibles como el biodiésel, el aceite vegetal, los combustibles alcohólicos o la biomasa pueden sustituir a los combustibles fósiles. Diversos procesos químicos pueden convertir el carbono y el hidrógeno del carbón, el gas natural, la biomasa vegetal y animal y los residuos orgánicos en hidrocarburos cortos aptos para sustituir a los combustibles de hidrocarburos existentes. Algunos ejemplos son el gasóleo Fischer-Tropsch, el metanol, el dimetiléter y el gas de síntesis. Esta fuente de gasóleo se utilizó mucho en la Segunda Guerra Mundial en Alemania, que tenía un acceso limitado a los suministros de crudo. Sudáfrica produce la mayor parte del gasóleo del país a partir del carbón por razones similares. Un precio del petróleo a largo plazo superior a 35 dólares por barril puede hacer que estos combustibles líquidos sintéticos a gran escala sean económicos.
AluminioEditar
El aluminio ha sido propuesto como almacén de energía por varios investigadores. Su equivalente electroquímico (8,04 Ah/cm3) es casi cuatro veces mayor que el del litio (2,06 Ah/cm3). Se puede extraer energía del aluminio haciéndolo reaccionar con agua para generar hidrógeno. Sin embargo, primero hay que despojarlo de su capa de óxido natural, un proceso que requiere pulverización, reacciones químicas con sustancias cáusticas o aleaciones. El subproducto de la reacción para crear hidrógeno es el óxido de aluminio, que puede reciclarse en aluminio con el proceso Hall-Héroult, lo que hace que la reacción sea teóricamente renovable. Si el proceso Hall-Héroult se lleva a cabo con energía solar o eólica, el aluminio podría utilizarse para almacenar la energía producida con mayor eficacia que la electrólisis solar directa.
El boro, el silicio y el zincEditar
El boro, el silicio y el zinc se han propuesto como soluciones de almacenamiento de energía.
Otras sustancias químicasEditar
El compuesto orgánico norbornadieno se convierte en cuadriciclano al exponerse a la luz, almacenando la energía solar como energía de los enlaces químicos. En Suecia se ha desarrollado un sistema de trabajo como sistema térmico solar molecular.
Métodos eléctricosEditar
CondensadorEditar
Un condensador (originalmente conocido como «condensador») es un componente eléctrico pasivo de dos terminales utilizado para almacenar energía electrostáticamente. Los condensadores prácticos varían mucho, pero todos contienen al menos dos conductores eléctricos (placas) separados por un dieléctrico (es decir, un aislante). Un condensador puede almacenar energía eléctrica cuando se desconecta de su circuito de carga, por lo que puede utilizarse como una batería temporal o como otros tipos de sistemas de almacenamiento de energía recargable. Los condensadores se utilizan habitualmente en los dispositivos electrónicos para mantener el suministro de energía mientras se cambian las baterías. (Esto evita la pérdida de información en la memoria volátil.) Los condensadores convencionales proporcionan menos de 360 julios por kilo, mientras que una pila alcalina convencional tiene una densidad de 590 kJ/kg.
Los condensadores almacenan energía en un campo electrostático entre sus placas. Dada una diferencia de potencial entre los conductores (por ejemplo, cuando se conecta un condensador a una pila), se desarrolla un campo eléctrico a través del dieléctrico, haciendo que se acumule carga positiva (+Q) en una placa y carga negativa (-Q) en la otra. Si una pila está conectada a un condensador durante un tiempo suficiente, no puede fluir ninguna corriente a través del condensador. Sin embargo, si se aplica una tensión acelerada o alterna a través de los conductores del condensador, puede fluir una corriente de desplazamiento. Además de las placas del condensador, la carga también puede almacenarse en una capa dieléctrica.
La capacitancia es mayor cuando la separación entre los conductores es más estrecha y cuando los conductores tienen una mayor superficie. En la práctica, el dieléctrico entre las placas emite una pequeña cantidad de corriente de fuga y tiene un límite de intensidad de campo eléctrico, conocido como tensión de ruptura. Sin embargo, el efecto de recuperación de un dieléctrico tras una ruptura de alta tensión es prometedor para una nueva generación de condensadores autorregenerables. Los conductores y los cables introducen inductancia y resistencia no deseadas.
La investigación está evaluando los efectos cuánticos de los condensadores a nanoescala para las baterías cuánticas digitales.
Magnetismo superconductorEditar
Los sistemas de almacenamiento de energía magnética superconductora (SMES) almacenan energía en un campo magnético creado por el flujo de corriente continua en una bobina superconductora que se ha enfriado a una temperatura inferior a su temperatura crítica de superconducción. Un sistema SMES típico incluye una bobina superconductora, un sistema de acondicionamiento de energía y un refrigerador. Una vez cargada la bobina superconductora, la corriente no decae y la energía magnética puede almacenarse indefinidamente.
La energía almacenada puede liberarse a la red descargando la bobina. El inversor/rectificador asociado supone una pérdida de energía del 2-3% en cada dirección. El sistema SMES es el que menos electricidad pierde en el proceso de almacenamiento de energía en comparación con otros métodos de almacenamiento de energía. Los sistemas SMES ofrecen una eficiencia de ida y vuelta superior al 95%.
Debido a los requisitos energéticos de la refrigeración y al coste del cable superconductor, el SMES se utiliza para el almacenamiento de corta duración, como la mejora de la calidad de la energía. También tiene aplicaciones en el equilibrio de la red.