Almacenamiento.

Dispositivos De Almacenamiento.

Dado que una característica esencial del viento es su discontinuidad en el tiempo, se han realizado diversos estudios destinados a desarrollar sistemas que permitan almacenar la energía producida por el viento y no utilizada directamente durante los períodos de producción a fin de restituir una parte, la mayor posible, durante los días de calma.

Este aspecto de la energía eólica es, aún hoy, uno de los que más frenan su desarrollo, ya que este almacenamiento, tanto más importante cuanto más irregular sea el régimen de vientos, constituye frecuentemente una parte importante (> 20%) del costo de una instalación de producción de energía eléctrica a partir del viento.

En esta obra daremos, sólo a título informativo, una breve descripción de los dispositivos de almacenamiento, exceptuando las baterías de acumuladores clásicos, que trataremos con más detalle ya que siguen siendo el sistema más fácil y a menudo más económico (relativamente) para almacenar energía eléctrica en pequeña cantidad.
Hay que remarcar que todos los dispositivos de almacenamiento, incluidas las baterías de acumuladores, tienen rendimientos entre el 70 y el 80%.

Acumuladores de plomo.
El tipo de acumulador de plomo que conviene utilizar, fue puesto a punto de 1860 por planté. Desde entonces no ha sufrido más modificaciones que las destinan a mejorar sus prestaciones, pero el principio de funcionamiento sigue siendo el mismo.

Construcción.
El recipiente es de material aislante, vidrio o plástico. Las placas están formadas por rejillas de plomo-antimonio en las mallas de las cuales se encuentra la materia activa en forma de pasta. Electrodo positivo-ánodo: 75% de minino + 25% de litargio.
Electrodo positivo-cátodo: 25% de minino + 75% de litargio.
El electrolito es una solución de ácido sulfúrico cuya densidad es máxima al final de la carga ( 30%) y mínima al final de la descargar ( 16%).
Principio fundamental de funcionamiento. Durante la descarga, el ácido sulfúrico del electrodo se descompone: por una parte, se forma agua y óxido de plomo en el ánodo;
por otra, en el cátodo, se acumula sulfato de plomo insoluble.
Si la descarga es demasiado profunda, se forma sulfato de plomo incapaz de descomponerse por reacción inversa durante la carga, y las placas negativas se "sulfatan" (se vuelven blanquecinas).

Durante la carga, el fenómeno es exactamente el inverso, y cuando está del todo cargado se llega a la electrólisis del agua con desprendimiento de hidrógeno en el cátodo. Esquemáticamente tenemos:

PbO2 + 2H2SO4 + Pb → PbSO4 + 2H2O

El electrolito, pues, participa estrechamente en las reacciones.
Una particularidad del acumulador de plomo, es su sensibilidad a las reacciones secundarias: acción del ácido sulfúrico sobre el plomo y el óxido de plomo, corrientes locales ocasionadas por la constitución heterogénea de las placas, sobre todo en las placas positivas en las que la fuerza electromotriz debida al contacto plomo-óxido de plomo es elevada. El resultado de todo es el auto descarga y sulfatación progresiva de las placas.

Otra característica del acumulador de plomo es la variación de materia activa a lo largo del ciclo de carga-descarga: En la descarga, las placas casi duplican su volumen inicial, por lo cual se corre el peligro de que la materia activa se despegue en trozos y cree cortocircuitos en el acumulador. Todo lo expuesto hasta aquí tiene por objeto dejar patente la importancia de la vigilancia adecuada del estado de carga o descarga de una batería de plomo para conservarla en buenas condiciones de funcionamiento, ya que una carga o descarga excesivas provocan el rápido envejecimiento del acumulador.

El rendimiento de la batería conveniente, cuando las instalaciones se alimenten exclusivamente de la energía almacenada en las baterías, distribuir la descarga de las mismas, y no descargarlas simultáneamente siempre que sea posible (ver también las características de los fabricantes. Vida útil: 10 a 20 años según la calidad de acumulador.

Número de ciclos de carga durante la vida útil del acumulador: ~ 1500. Resistencia interna de un elemento, siendo la masa en kilogramos de un elemento de acumulador: Ri¸0,08Û*1/m Masa: 1kg para 20 a 40 KW.
Rendimiento-capacidad: Estas dos características dependen en gran medida del régimen de carga-descarga (valor típico para cálculos: 80%).
Todos cuando antecede son cierto para los acumuladores son preferibles las baterías de tipo estacionario o semi-fijo de 2 V por elemento y no las baterías de arranque (para automóviles), que tienen una vida útil más corta, capacidad nominal más baja y sobre todo, que soportan mal los ciclos de carga-descarga.

Conclusiones.
A pesar de los inconvenientes que presenta, en particular la necesidad de no sobrecargarlo ni descargarlo en exceso, el acumulador de plomo de tipo semifijo es actualmente el mejor adaptado y más económico para su empleo con aerogeneradores. Para minimizar las pérdidas de rendimiento debidas al paso por el sistema de almacenamiento, el usuario de energía eólica debe realizar la instalación y adaptar su funcionamiento de manera que puede utilizar el máximo de energía de salida del aerogenerador.

Ejemplo:
En las zonas en que el viento sopla regularmente cada día, puede aprovecharse el período de producción de energía eólica para bombear agua a un depósito situado por encima del nivel de utilización, de forma que ésta se distribuya después por gravedad.
Emplear los aparatos eléctricos (sierra, taladro...): Directamente desde la salida eléctrica del aerogenerador, si éste nos
proporciona corriente en formato industrial (220 V o 380 V).
o bien utilizando un convertidor (giratorio o estático) conectado directamente a la salida del rectificador.
Nota: Reposición de acumuladores de plomo de tipo semifijo cuyas placas puedan sacarse del recipiente (generalmente de vidrio). Cuando las placas de una batería están sulfatadas (tono blanquecino para las placas negativas y claro para las positivas), puede conseguirse una des-sulfatación con una serie de cargas a baja intensidad, reemplazando el ácido por agua (destilado o de lluvia). Esta se enriquece con ácido y antes de la puesta en servicio del elemento se le añade el necesario para conseguir la concentración adecuada. Cuando se desea dejar una batería en reposo durante varios meses, es necesario guardarla en estado de plena descarga reemplazando el ácido por agua destilada.

Determinación de la capacidad de la batería de acumuladores. Para garantizar el suministro de energía en la utilización con un mínimo de discontinuidad, la batería de acumuladores deberá estar correctamente determinada. Para ello necesitamos conocer:
Los datos meteorológicos del emplazamiento. Cuanto más exactos sean estos datos, mejor será la determinación de la batería de acumuladores.

La potencia del aerogenerador de que dispone la instalación.
La potencia media consumida por la utilización (P). Esta potencia debe tener en cuenta todos los aparatos alimentados con energía eléctrica proveniente de la batería de acumuladores, y sus turnos, es decir el número de horas que funciona cada uno al día.

Todos los fenómenos que hemos citado, tienen carácter aleatorio:
la producción de energía es discontinua; el consumo varía según los días; el valor de la corriente dada por el aerogenerador, depende del estado de carga de las baterías; además, se ha visto ya que la energía restituida por la batería depende del régimen de descarga; y, por otra parte, no toda la energía producida pasa por las baterías y por tanto no queda afectada por el rendimiento de éstas. Para un dimensionado exacto, hay que recurrir a una simulación de funcionamiento de la instalación, mediante ordenador. Los datos esenciales son las velocidades de viento que proporciona el SENAMHI, en formato directamente aplicable al ordenador, siempre que estos sean aplicables a nuestro emplazamiento. Estos métodos requieren procesos engorrosos y caros, y normalmente se recurre a cálculos más sencillos, como el que describimos a continuación:

Designemos por N1 el período más largo durante el cual el viento ha sido inferior al viento productivo

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