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Los sistemas de almacenamiento de energía eléctrica toman energía de un suministro eléctrico, la retienen en un medio de almacenamiento y entregan electricidad más tarde. Las baterías son un tipo. Otras tecnologías almacenan energía en agua elevada, aire comprimido, masas giratorias, campos eléctricos o magnéticos, calor o combustibles manufacturados. Su utilidad depende de la potencia requerida, la duración y las condiciones de operación.
La distinción clave es la salida: el equipo que devuelve electricidad realiza un trabajo diferente al del equipo que suministra calor o refrigeración almacenados. Ambos pueden ayudar a gestionar la demanda eléctrica, pero no son fuentes intercambiables de energía de respaldo.
Types of Electrical Energy Storage Systems
Utilice la tabla para identificar primero la forma de energía almacenada, luego verifique el equipo de conversión y las restricciones del sitio. Es un mapa tecnológico, no una clasificación de sistemas universalmente mejores o peores.
| Tecnología | Donde se almacena la energía | Cómo se recupera la electricidad | Tarea útil y condición limitante |
|---|---|---|---|
| Sistema de almacenamiento de energía de batería (BESS) | Reacciones electroquímicas en celdas o electrolitos de batería de flujo | La descarga produce corriente continua (DC); el equipo de conversión suministra la salida requerida | Edificios, industria y almacenamiento en red; la química, la gestión térmica y la capacidad útil son importantes |
| Energía hidroeléctrica de bombeo | Potencial gravitacional del agua elevada | El agua fluye a través de una turbina-generador | Grandes proyectos de desplazamiento de energía; la elevación adecuada, los embalses y los permisos son esenciales |
| Almacenamiento de energía por aire comprimido (CAES) | Aire a presión, con gestión térmica dependiendo del diseño | El aire en expansión acciona un generador a través de maquinaria adecuada | Almacenamiento de energía dependiente del sitio; algunos ciclos también consumen combustible durante la descarga |
| Almacenamiento por volante de inercia | Energía cinética de una masa en rotación | Un motor-generador extrae energía a medida que el rotor se desacelera | Intercambios de potencia rápidos y ciclado; la contención, las pérdidas y el rango de velocidad utilizable restringen la capacidad |
| Condensadores y supercondensadores | Carga almacenada; el comportamiento del supercondensador depende de la tecnología del electrodo | La electrónica de potencia extrae energía a medida que el voltaje cae | Intercambios cortos y de alta potencia; la densidad de energía y la autodescarga limitan la entrega prolongada |
| Almacenamiento de energía magnética superconductora (SMES) | Campo magnético asociado con la corriente en una bobina superconductora | El equipo de conversión transfiere energía al sistema eléctrico | Tareas especializadas de respuesta rápida; el equipo criogénico forma parte del sistema |
| Almacenamiento térmico con recuperación eléctrica | Calor en un material de almacenamiento | Un motor térmico u otro ciclo de conversión genera electricidad | Aplicaciones de calor a energía; un tanque de material caliente por sí solo no es un sistema de salida eléctrica |
| Almacenamiento eléctrico basado en hidrógeno | Energía química del hidrógeno producida utilizando electricidad | Una pila de combustible o un generador adecuado convierte el combustible de nuevo en electricidad | Almacenamiento extendido donde la cadena de conversión completa se adapta al sitio; la producción de hidrógeno por sí sola no proporciona descarga eléctrica |
Esta agrupación sigue las formas de almacenamiento descritas por el Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) en su visión general de la tecnología de energía distribuida y los mecanismos revisados en su Revisión de Tecnología de Almacenamiento de Electricidad. La Administración de Información Energética de EE. UU. (EIA) visión general del almacenamiento de electricidad explica las rutas de retorno de electricidad comercial y la operación de aire comprimido asistido por combustible. Estas fuentes describen tecnologías, no la certificación de una instalación en particular.
La ilustración muestra formas de energía almacenada, no un diagrama de cableado ni la escala relativa del equipo. El almacenamiento térmico necesita una ruta de recuperación eléctrica separada cuando la electricidad es la salida requerida.
EES, EESS, ESS y BESS: Qué significan los términos
ESS significa sistema de almacenamiento de energía y es un término general amplio. EES significa almacenamiento de energía eléctrica; EESS también se utiliza para sistemas de almacenamiento de energía eléctrica. BESS (Sistema de almacenamiento de energía en baterías) identifica el subconjunto basado en baterías. Un sistema de baterías es un EESS, pero un EESS no tiene que contener baterías.
La Comisión Electrotécnica Internacional IEC 62933-1:2024 proporciona vocabulario para sistemas EES conectados a la red que toman electricidad de un sistema de potencia, almacenan energía internamente y devuelven electricidad. La carga y descarga pueden implicar conversión. Ese alcance es más reducido que el de todos los productos comercializados informalmente como “sistemas de almacenamiento de energía”, incluidos los sistemas cuya salida final es calor o un combustible vendido para otro uso.
Para bastidores de baterías, gestión de baterías y conversión de potencia con más detalle, utilice la guía de sistemas de almacenamiento de energía en baterías. El mapa tecnológico anterior sigue siendo útil al decidir si la tarea es almacenamiento de baterías en absoluto.
¿Es el almacenamiento térmico un sistema de almacenamiento de energía eléctrica?
No automáticamente. Una instalación de almacenamiento de hielo puede trasladar el consumo del enfriador fuera de un período pico y suministrar refrigeración más tarde. No necesariamente produce electricidad durante la descarga. De manera similar, un tanque de agua caliente puede almacenar calor útil sin ningún generador.
El almacenamiento térmico puede respaldar la producción de electricidad cuando el calor almacenado alimenta un ciclo de conversión de potencia. Las plantas solares térmicas pueden cargar ese almacenamiento directamente de la luz solar en lugar de la electricidad, por lo que la fuente de carga también es importante. Explicación de solar y almacenamiento del DOE distingue la calefacción o refrigeración directa del almacenamiento térmico utilizado para generar electricidad.
Haga dos preguntas al leer una especificación: ¿Qué carga el almacén y qué sale de él durante la descarga? Esto evita que una medida de ahorro de energía se confunda con una fuente capaz de alimentar cargas eléctricas.
Cómo funciona un sistema de almacenamiento eléctrico
Existen tres etapas funcionales: cargar el medio de almacenamiento, retener la energía y descargar a través del equipo requerido por la carga o la red. Las pérdidas de conversión y el consumo auxiliar significan que la energía eléctrica recuperada no es idéntica a la energía de carga.
El equipo físico varía. La hidráulica de bombeo utiliza maquinaria hidráulica; un volante de inercia utiliza un motor-generador; un sistema de baterías conectado a corriente alterna (AC) comúnmente utiliza conversión de potencia bidireccional. Comparten la secuencia de transferencia de energía, no una disposición de gabinete idéntica.
Se trata de una Ejemplo de batería conectada a AC, no una disposición universal de ESS. Las flechas sólidas representan el intercambio de potencia funcional; los caminos discontinuos representan el control. La protección, el aislamiento, la puesta a tierra y el cableado de los bornes se omiten intencionalmente y deben diseñarse por separado.
La potencia, la energía y la duración son clasificaciones diferentes
La potencia, en kilovatios (kW) o megavatios (MW), describe la tasa de entrega o absorción eléctrica. La energía, en kilovatios-hora (kWh) o megavatios-hora (MWh), describe una cantidad acumulada a lo largo del tiempo. Una gran capacidad de energía no establece que el convertidor pueda arrancar un motor grande, y una alta potencia nominal no establece horas de autonomía.
Para una carga constante, una estimación inicial de la duración es:
Duration (h) = usable output energy (kWh) / load power (kW)
Illustrative inputs at the AC output boundary:
Usable delivered energy = 100 kWh
Constant AC load = 25 kW
Duration = 100 / 25 = 4 hAquí, la “energía útil entregada” ya tiene en cuenta la reserva operativa asumida, las pérdidas de conversión y el consumo auxiliar en el límite indicado. No deduzca las mismas asignaciones una segunda vez. Esta es una ilustración aritmética, no un tiempo de ejecución VIOX medido ni un diseño de respaldo completo.
Si los 100 kWh cotizados son en cambio la capacidad nominal de la batería, no se pueden asumir cuatro horas. Establezca la ventana de estado de carga permitida, las condiciones de temperatura y envejecimiento, las pérdidas de conversión, los auxiliares y el perfil de carga real. Verifique la potencia continua y de sobretensión por separado. Los términos avanzados de clasificación de baterías pertenecen a la guía de almacenamiento de kWh, MWh y MW.
El tiempo de respuesta es otro parámetro. La rapidez con la que un sistema cambia de potencia es diferente de la duración que puede mantener esa potencia. La evaluación de supercondensadores del DOE supercapacitor assessment ilustra esta compensación: la carga rápida y la alta potencia específica no implican una alta capacidad de energía para una descarga prolongada.
Haga coincidir la tecnología de almacenamiento con la tarea
Comience con el servicio eléctrico requerido, no con un material de almacenamiento preferido.
| Tarea requerida | Característica a establecer | Lo que puede descartar una tecnología prometedora |
|---|---|---|
| Desplazar la generación renovable a un período posterior | Energía utilizable, oportunidad de carga y salida sostenida | Ventana de carga insuficiente, pérdidas de retención o un perfil de descarga desajustado |
| Reducir el pico de demanda de una instalación | Salida en kW y la duración completa del pico | Potencia del convertidor por debajo del pico, energía utilizable insuficiente o economía desfavorable de tarifas y ciclos |
| Proporcionar soporte de potencia rápido | Respuesta, ciclos repetidos y energía de pulso requerida | Un dispositivo rápido que se queda sin energía antes de que termine el evento |
| Soportar cargas durante una interrupción | Modo de operación soportado, potencia de carga y autonomía | Un sistema conectado a la red que no puede establecer un suministro seguro aislado |
| Almacenar energía durante períodos prolongados | Retención, viabilidad del sitio y cadena de recuperación completa | Autodescarga, geografía inadecuada, restricciones de manejo de combustible o demanda auxiliar excesiva |
Por ejemplo, la capacidad de mover energía durante varias horas y la capacidad de responder a una breve perturbación son objetivos de diseño diferentes. EIA describe el uso del almacenamiento en estas diferentes escalas de tiempo; la capacidad de un proyecto específico aún depende de su equipo y controles.
La reserva requiere más que energía almacenada. La instalación debe admitir el aislamiento intencional u otra arquitectura de respaldo aprobada, separarse de forma segura de la red eléctrica cuando sea necesario y suministrar las cargas previstas. Guía de microredes del DOE explica tanto la operación autónoma como los peligros del aislamiento incontrolado. No asuma que ninguna batería conectada a la red mantendrá un edificio energizado durante un corte de suministro.
Dónde encaja la protección eléctrica
Para una instalación de baterías, el medio de almacenamiento, el equipo de conversión y la distribución eléctrica tienen diferentes necesidades de protección. La gestión de la batería monitoriza y controla las condiciones de la batería; la protección y el aislamiento del circuito también deben abordar los conductores, las fuentes de fallos y la ruta de potencia completa.
A candidate DC protective device needs the correct DC voltage rating, interrupting capability, current rating and wiring suitability for that circuit. Battery and converter fault behavior must be established from the system documentation. The guía de interruptores de circuito de CC explains why an AC-only rating is not sufficient evidence for a DC application.
Estas comprobaciones de componentes no demuestran que el sistema de almacenamiento completo cumpla con los requisitos de seguridad contra incendios, interconexión, instalación o montaje. Tampoco los detalles del sistema de baterías se aplican automáticamente a equipos de bombeo hidráulico, térmico o de hidrógeno.
Una vez establecida la arquitectura del sistema, VIOX componentes de protección para energía solar fotovoltaica y almacenamiento de energía proporcionan un punto de partida relevante para la evaluación de componentes. Seleccione según la documentación real del sistema y los requisitos del mercado de destino, no solo según el acrónimo ESS.
