Los MODULOS IONICOS
® o  CENTRAL ELECTRICA IONICA® se enmarca en el mercado global de la generación de energía eléctrica, concretamente dentro de los sistemas de producción  de energía y además complementaria estabilización de redes débiles o sistemas distribuidos.

El resultado del uso de la CENTRAL ELECTRICA IONICA® es un modelo comercial estable y contrastado en prototipo,  formado por una fuente renovable, con un sistema externo de conversión DC/AC y opcional, de almacenamiento o el sistema de regulación con la red. De esta forma, el modelo se puede aplicar indistintamente a además de a grandes potencias localizadas, especialmente para

    • Autoconsumo y proyectos individuales deslocalizados de pequeña potencia ( Viviendas, centros aislados de red, etc )  
    • Estabilización de redes con amplia penetración de renovables (sustituyendo a los motores diésel de apoyo)

    • Mercado marítimo (plataformas y barcos)

    • Sector ferroviario.

    • Centros para la recarga de vehículos eléctricos.

    • Aparcamientos

    • Alumbrado público
    • Desalación de aguas
    • Etc


La CENTRAL ELECTRICA IONICA® pretende posicionarse como COMPLEMENTO enlazable sin limitación de potencia siendo el primer sistema de  generación eléctrica de energía compuesto por las CELDAS ENRIQUECIDAS TIPO REDOX®, que corrigen  la conducta de TAFEL  y   permiten la disolución controlada de un electrodo   usando como medio único  agua de mar o agua y sal común en proporciones que pueden ser a partir del 0.4%  de salinidad por litro.

Con este nuevo elemento generador de electricidad se prevé  a corto plazo implementar en el  mercado Internacional de las energías no contaminantes  una solución objetiva y demostrada ( Bureau Veritas ) que permite una máxima integración renovable en la red sirviendo como vector de apoyo a la misma, proporcionando energía 100% renovable y sostenible en los momentos de baja incidencia renovable, o estabilizando los picos de la red sirviendo como base del sistema. Por ejemplo, parques eólicos. También para el Autoconsumo eléctrico.

Cuando dos metales diferentes, que tienen, por lo tanto reactividades diferentes, son sumergidos en una misma solución conductora a la cual llamamos electrolito y son conectados eléctricamente entre sí, tendremos un flujo de electrones del metal más activo o anódico hacia  el metal más noble o catódico, dejando al material anódico con una deficiencia de electrones. El ánodo está compuesto por un metal activo y el cátodo por un metal noble. En el electrodo negativo (ánodo) es donde tiene lugar la corrosión. 

En el interior de la celda generadora de electricidad se encuentra un ánodo de sacrificio de un metal cuya energía va a ser recuperada a través de la corrosión que se va a producir en el interior de dicha celda de forma controlada  produciéndose lentamente la disolución del ánodo metálico de acuerdo a la Ley de Faraday.

Existen conductas que disminuyen considerablemente dicha corrosión y en consecuencia hacían inviable la producción eléctrica aprovechable en este contexto electrolítico por la polarización. Mediante la técnica desarrollada en esta invención dichas conductas son corregidas resolviendo el problema. 

Esta invención potencia en circuito cerrado la cinética en el interior de la celda generadora creando las condiciones óptimas para que el proceso electroquímico reúna todos los elementos necesarios del electrolito en el interior de la celda para mantener constante el proceso, en particular el contacto y renovación de los elementos químicos disueltos con los metales y así evitar la caída de tensión producida por las desviaciones a la conducta de Tafel, que surgen cuando la velocidad de la reacción pasa a ser controlada por una etapa más lenta en la secuencia del proceso debido a la polarización por concentración en las superficies del cátodo y ánodo que produce bajadas de la tensión eléctrica y surge por deficiencia en el abastecimiento de reactivos que toman parte en la reacción electroquímica que se produciría en el interior de esta celda generadora, por lo que la velocidad de la reacción se vería limitada a menudo al aumentar, debido a la poca rapidez con que los reactivos llegan a la superficie del electrodo o bien a la velocidad con que se difunden hacia el seno de la solución los productos de la reacción, debido a la escasez de reactivos o exceso de productos.

1.1.1             Necesidad del proyecto. Antecedentes

El desarrollo de la humanidad siempre ha estado ligado al dominio de ésta de los elementos naturales que les permiten abastecerse de los recursos energéticos necesarios para los diferentes procesos que requieren su propia subsistencia y confort.

A medida que se han ido desarrollando nuevas tecnologías que nos acompañan en nuestro desarrollo social e industrial, hemos tenido que localizar fuentes energéticas y desarrollar procesos que provean de los recursos necesarios para el correcto funcionamiento y sostenibilidad de estas nuevas industrias.

Ya en este siglo XXI, la creciente población mundial y la cada vez mayor demanda de recursos nos están abocando a un cenit donde los actuales sistemas de abastecimiento de energía eléctrica, basados en los recursos fósiles, comienzan a verse desabastecidos por falta de materia prima o encarecimiento de la misma.

A esto hay que sumarle la concienciación global del efecto negativo que estos sistemas energéticos están ocasionando sobre nuestro medioambiente, lo que puede derivarse en problemas francamente serios, si no en nuestra generación, sí en generaciones futuras.

Con este panorama, las Naciones comienzan a apostar fuertemente por la inversión en nuevas instalaciones energéticas que usen como recursos fuentes renovables, consiguiéndose de esta forma paliar la enorme dependencia en los escasos recursos fósiles, y contribuir a un desarrollo sostenible en lo que a la gestión de los recursos energéticos se refiere.

Sin embargo dos asuntos frenan la expansión de este tipo de tecnologías, por un lado los elevados ratios de inversión por kWh instalado, y por otro lado, la difícil integración de estos sistemas, en su mayoría variables ya que dependen de la existencia puntual del recurso natural (existencia de sol,  de viento, de oleaje, etc.), con las redes de distribución eléctrica, sobre todo, aquellas redes más débiles debido a su pequeño tamaño.

El primero de los problemas lleva varios años abarcándose, haciéndose importantes esfuerzos de I+D+i en las grandes y pequeñas empresas, vinculadas a las diferentes industrias de energías renovables, para acortar los gastos necesarios para la inversión inicial y los mantenimientos y durabilidad de estos equipos. Con ello se consigue que los costes de la energía producida por estas tecnologías, poco a poco se vayan acercando a los precios medios de mercado eléctrico, evitándose el impacto que estas tecnologías pudieran ocasionar, negativamente, en el sistema eléctrico local, nacional o incluso internacional.

 

Previsión de la evolución de los costes de la energía producida por diversas fuentes de energías renovables

 El segundo problema sólo es posible de abarcar invirtiendo serios esfuerzos en investigar y/o mejorar en sistemas de almacenamiento de energía que permitan, por un lado amortiguar las caídas bruscas en la producción de estos equipos, y por otro almacenar la sobreproducción puntual de los dispositivos en curvas de demanda bajas, vertiendo a la red en momentos de baja producción y mayor demanda. Aparte de lo comentado, será necesario dotar a estas tecnologías de sistemas inteligentes que sepan leer en todo momento las necesidades reales de la red, causándole a ésta el menor impacto posible, ayudando de hecho, si es posible, a cubrir eventualidades en la misma.

No debe olvidarse que una de las mayores ventajas de una correcta y sostenible proliferación de este tipo de tecnologías energéticas es la deslocalización de la producción, o lo que es lo mismo, el favorecimiento de la existencia de un elevadísimo número de micro-centrales que permiten paliar el efecto de la falta de recursos puntuales localizados.

Sin embargo, esto último que a priori parece una ventaja, se antoja difícilmente manejable por los gestores de la red, al incluir en el algoritmo cientos de nuevas variables difícilmente controlables, lo que le conferiría un mayor debilitamiento a la red.

Es por ello que, hasta la fecha, uno de los mayores problemas que bloquean el uso extensivo de estas tecnologías, es precisamente que sólo se permite un porcentaje determinado de penetración de centrales renovables, respecto a otras que confieran mayor estabilidad a la red (nucleares, hidráulicas, carbón, fuel, gas natural, etc.). Esto se acentúa en redes de menor tamaño.

Visto esto, se vuelve vital el estudiar y avanzar en el campo del almacenamiento de la energía, que, combinado a las centrales basadas en recursos renovables, permitan una mayor estabilidad de las mismas y un mayor control de la energía que se vierta a la red, lográndose el aumentar el porcentaje de penetración de estas tecnologías y favoreciendo con ello en la mejora de la sostenibilidad de estos recursos y un muchísimo menor impacto medioambiental.

 1.1.2             Sistemas actuales de almacenamiento de energía

Actualmente existen en el mercado diferentes sistemas que permiten un almacenamiento en mayor o menor grado de la energía generada. Vamos a proceder a analizar los diferentes modelos actualmente disponibles, evaluando los pros y contras de estas tecnologías, con la finalidad de avanzar las ventajas competitivas que el proyecto CENTRAL ELECTRICA IONICA® ofrecerá respecto al resto.

 A.       Procesos electroquímicos

a.        Baterías.

i.      Estos sistemas suelen almacenar la corriente eléctrica en DC, necesitando una interconexión AC/DC lo que repercute en una mayor complejidad y coste del sistema al incorporar la electrónica de potencia, que pueden incluso superar el 25% del coste de todo el sistema de almacenamiento.

ii.      Grandes problemas en el coste, volumen, ciclos de trabajo y vida útil

iii.     Capacidades de almacenamiento limitadas, aumentado exponencialmente el coste al aumentar la capacidad de almacenamiento

iv.     Utilidades comerciales para dispositivos de baja potencia (equipos electrónicos, ordenadores, etc.)

v.      Enormes gastos de mantenimiento

b.     Baterías de flujo redox

i.      Diseñadas para pequeñas potencias


ii.     Corta vida útil en comparación a la vida útil de las plantas eléctricas


iii.    Elevados gastos de inversión y mantenimiento


iv.    Aún en fase de desarrollo

  c.        Pilas de combustible

i.      Costes elevadísimos de inversión y mantenimiento

ii.     Requieren de dispositivos de aumentación al proveer una potencia intermitente

iii.    No es posible instalarla en todas las tipologías de proyectos, tienen numerosas restricciones técnicas

iv.    Requieren una logística del combustible elegido

v.     Rendimientos energéticos bajos, cercanos al 20%

vi.    Posibles efectos nocivos medioambientales

 

 B.      Eléctricos

a.      Condensadores

i.       El campo de aplicación no es el que se pretende abarcar con el proyecto CENTRAL ELECTRICA IONICA®

b.      Almacenamiento energético magnético con superconductores

i.      Debido a la energía absorbida por el sistema de refrigeración y a los costes de los materiales superconductores, los SMES se utilizan para el almacenamiento de energía de corta duración, siendo su aplicación más común la mejora de la calidad de onda en las redes públicas de distribución de electricidad, típicamente la neutralización de los huecos de tensión y los micro cortes.

C.       Mecánicos

a.       Aire comprimido

i.       El problema de estas instalaciones de almacenamiento de energía por aire comprimido (CAES) es que son considerablemente más complejas en la práctica que en la teoría. Cuando se comprime, el gas se calienta, lo que limita la cantidad de aire que puede bombearse bajo tierra sin que se caliente demasiado para poder almacenarse con seguridad. Además, cuanto más tiempo se deje el aire caliente en un sitio, más calor, lo que supone una parte importante de la energía de entrada que se dispersa por las paredes de la cueva. Y cuando vuelve a liberarse, el aire que se expande se enfría.

ii.       Presentan por ahora un muy bajo rendimiento, y los problemas derivados de su complejidad en la instalación aún no han sido resueltos

 

 b.       Baterías inerciales

i.      El volante tiene que girar muy deprisa, pero ser lo bastante fuerte para resistir mecánicamente. Los sistemas de almacenamiento en volante se comercializan como fuentes de alimentación ininterrumpida que pueden suministrar cantidades moderadas de energía en segundos o minutos, pero no son lo suficientemente competitivos para tiempos de almacenamiento más largos, como los que necesitan las compañías eléctricas.

ii.      Importantes costes de inversión y mantenimiento

 

 c.        Acumuladores hidráulicos

i.      Se necesitan más de 300 bares de presión en el sistema de acumulación, lo que encarece la instalación y deriva en grandes problemas de seguridad

ii.      El mercado de estos sistemas en muy pequeño, limitándose a día de hoy a vehículos pesados

 

d.       Muelles elásticos

i.      Este tipo de tecnología se descarta a día de hoy como solución para el almacenamiento continuado y de larga duración de grandes potencias eléctricas.

D.        Potenciales

a.        Centrales hidroeléctricas reversibles

                                                           i.      Este tipo de sistemas de almacenamiento están resultando los más técnica y económicamente viables actualmente en el mercado, realizándose importantes inversiones referentes a este tipo. Un ejemplo claro es la central hidroeléctrica reversible de Gorona del Viento, en la isla de la Gomera, Islas Canarias – España

                                                         ii.      De esta forma, este tipo de sistemas son los actualmente más viables del mercado.

                                                        iii.      Requieren una importantísima inversión, tanto en equipos (sistemas de tuberías, grandes turbinas hidráulicas, sistemas de control, importantes redes eléctricas de distribución al crearse un único sistema centralizado, etc.) como en infraestructuras (gran embalse de almacenamiento, importantes excavaciones, etc.)

                                                        iv.      Estos sistemas suponen un importante impacto medioambiental, al cambiar drásticamente la configuración del terreno donde se asientan

                                                         v.      Dados los enormes costes implícitos en estos sistemas, se opta por centralizar todo el almacenamiento de una red en un único punto estratégico, por lo que no supone un almacenamiento deslocalizado, sino centrado, lo que revierte en sobrecargas de las líneas eléctricas de distribución y transporte

                                                        vi.      El fluido que se transporta tanto en la impulsión, almacenaje como producción suele ser agua dulce, por lo que se requiere una fuente de producción asociada, para hacer frente a fugas. Esta fuente suele ser una planta de desalación de aguas, la cual añade más costos al sistema, tanto en inversión como en mantenimiento y producción.

                                                      vii.      Riesgo de importantes daños medioambientales ante posibles grandes fugas o roturas.

                                                     viii.      El rendimiento del sistema suma el rendimiento de los equipos moto-bomba de impulsión, las pérdidas por rozamiento en las tuberías de impulsión, las fugas y pérdidas por evaporación en el sistema de almacenamiento, las pérdidas en las tuberías de producción y los rendimientos del sistema turbina-generador. Aproximadamente, el rendimiento de este sistema ronda el 60% en condiciones de diseño, rendimiento que se ve empeorado en condiciones que supongan un desplazamiento en la curva de los equipos de bombeo, así como al sumar los rendimientos de reposición del agua con agua desalada

 

E.        Térmicos

a.        Sales fundidas

i.      Aún en fase de desarrollo y pruebas. El éxito hasta la fecha obtenido no permite ser optimista para lograr un almacenamiento térmico por este sistema que pase del rango de unas horas

ii.      Como su propio nombre indica, este almacenamiento sólo permite trabajar con tecnologías renovables térmicas de alta temperatura (CCP, Torres solares, etc.)

iii.      Bajos rendimientos e importantes gastos de inversión y mantenimiento

 b.     Nitrógeno líquido

i.      Aún en fase de I+D, no se disponen de datos fiables sobre la bondad de este sistema

ii.     Disponible sólo para grandes potencial, del orden de los MW, por lo que no es viable comercializar estos productos para escasos kW, es decir, para el almacenamiento deslocalizado en pequeños consumidores

 c.        Aire líquido

i.      Ídem del punto anterior

 

                            2016©Alberto A. Santana Ramírez



 

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