Avances en la tecnología de baterías para sistemas de almacenamiento de energía marina

Prefacio

A medida que el mundo avanza hacia soluciones energéticas más ecológicas, las baterías de litio han cobrado mayor importancia. Si bien los vehículos eléctricos han estado en el punto de mira durante más de una década, se ha pasado por alto el potencial de los sistemas de almacenamiento de energía eléctrica en entornos marinos. Sin embargo, ha aumentado la investigación centrada en optimizar el uso de baterías de litio de almacenamiento y los protocolos de carga para diferentes aplicaciones en embarcaciones. En este caso, las baterías de fosfato de iones de litio de ciclo profundo resultan especialmente atractivas debido a su alta densidad energética, buena estabilidad química y prolongada vida útil, conforme a los estrictos requisitos de los sistemas de propulsión marinos.

A medida que la instalación de baterías de litio para almacenamiento cobra impulso, también lo hace la implementación de normativas para garantizar la seguridad. La norma ISO/TS 23625 es una de estas normativas, que se centra en la selección, instalación y seguridad de las baterías. Es fundamental destacar que la seguridad es primordial en el uso de baterías de litio, especialmente en lo que respecta a los riesgos de incendio.

Sistemas de almacenamiento de energía marina

Los sistemas de almacenamiento de energía marina se están convirtiendo en una solución cada vez más popular en la industria marina a medida que el mundo avanza hacia un futuro más sostenible y ecológico. Como su nombre indica, estos sistemas están diseñados para almacenar energía en entornos marinos y pueden utilizarse para diversos fines, desde propulsar barcos y embarcaciones hasta proporcionar energía de respaldo en caso de emergencia.

El tipo más común de sistema de almacenamiento de energía marina es una batería de iones de litio, debido a su alta densidad energética, fiabilidad y seguridad. Las baterías de iones de litio también pueden personalizarse para satisfacer las necesidades energéticas específicas de diferentes aplicaciones marinas.

Una de las principales ventajas de los sistemas de almacenamiento de energía marina es su capacidad para sustituir a los generadores diésel. Al utilizar baterías de iones de litio, estos sistemas ofrecen una fuente de energía fiable y sostenible para diversas aplicaciones, como la energía auxiliar, la iluminación y otras necesidades eléctricas a bordo de buques o embarcaciones. Además de estas aplicaciones, los sistemas de almacenamiento de energía marina también pueden utilizarse para alimentar sistemas de propulsión eléctrica, lo que los convierte en una alternativa viable a los motores diésel convencionales. Son especialmente adecuados para embarcaciones más pequeñas que operan en zonas relativamente limitadas.

En general, los sistemas de almacenamiento de energía marina son un componente clave de la transición hacia un futuro más sostenible y ecológico en la industria marina.

Ventajas de las baterías de litio

Una de las ventajas más evidentes del uso de baterías de litio en comparación con los generadores diésel es la ausencia de emisiones tóxicas y de gases de efecto invernadero. Si las baterías se cargan con fuentes limpias, como paneles solares o aerogeneradores, se puede obtener energía 100 % limpia. Además, su mantenimiento es más económico, ya que requieren menos componentes. Producen mucho menos ruido, lo que las hace ideales para atracar cerca de zonas residenciales o pobladas.

Las baterías de litio de almacenamiento no son el único tipo de batería que se puede utilizar. De hecho, los sistemas de baterías marinas se dividen en baterías primarias (que no se pueden recargar) y baterías secundarias (que se pueden recargar continuamente). Estas últimas son más rentables en aplicaciones a largo plazo, incluso considerando la degradación de la capacidad. Inicialmente se utilizaron baterías de plomo-ácido, y las baterías de litio de almacenamiento se consideran baterías emergentes. Sin embargo, las investigaciones han demostrado que ofrecen mayores densidades energéticas y una vida útil más prolongada, lo que las hace más adecuadas para aplicaciones de largo alcance, cargas elevadas y altas velocidades.

A pesar de estas ventajas, los investigadores no se han dado por vencidos. A lo largo de los años, numerosos diseños y estudios se han centrado en mejorar el rendimiento de las baterías de litio de almacenamiento para optimizar su aplicación marina. Esto incluye nuevas mezclas químicas para los electrodos y electrolitos modificados para proteger contra incendios y fugas térmicas.

Selección de batería de litio

Hay múltiples características a considerar al seleccionar baterías de litio para un sistema marino. La capacidad es una especificación crucial al seleccionar una batería para el almacenamiento de energía marina. Determina cuánta energía puede almacenar y, en consecuencia, la cantidad de trabajo que puede producir antes de recargarla. Este es un parámetro de diseño fundamental en aplicaciones de propulsión, donde la capacidad determina el kilometraje o la distancia que puede recorrer la embarcación. En un contexto marino, donde el espacio suele ser limitado, es importante encontrar una batería con alta densidad energética. Las baterías con mayor densidad energética son más compactas y ligeras, lo cual es especialmente importante en embarcaciones donde el espacio y el peso son esenciales.

Las clasificaciones de voltaje y corriente también son especificaciones importantes a considerar al seleccionar baterías de litio para sistemas de almacenamiento de energía marina. Estas especificaciones determinan la velocidad de carga y descarga de la batería, lo cual es importante para aplicaciones donde la demanda de energía puede variar rápidamente.

Es importante elegir una batería diseñada específicamente para uso marino. Los entornos marinos son hostiles, con exposición al agua salada, la humedad y temperaturas extremas. Las baterías de litio de almacenamiento diseñadas para uso marino suelen ser impermeables y resistentes a la corrosión, además de otras características como resistencia a las vibraciones y a los impactos, para garantizar un rendimiento fiable en condiciones adversas.

La seguridad contra incendios también es crucial. En aplicaciones marinas, el espacio para el almacenamiento de baterías es limitado y cualquier propagación del incendio podría provocar la liberación de humos tóxicos y daños costosos. Se pueden tomar medidas de instalación para limitar la propagación. RoyPow, una empresa china fabricante de baterías de iones de litio, es un ejemplo de microextintores integrados en el marco del paquete de baterías. Estos extintores se activan mediante una señal eléctrica o quemando la línea térmica. Esto activa un generador de aerosol que descompone químicamente el refrigerante mediante una reacción redox y lo distribuye para extinguir el incendio rápidamente antes de que se propague. Este método es ideal para intervenciones rápidas y se adapta bien a aplicaciones en espacios reducidos, como las baterías de litio de almacenamiento marinas.

Seguridad y requisitos

El uso de baterías de litio de almacenamiento para aplicaciones marinas está en auge, pero la seguridad debe ser una prioridad absoluta para garantizar un diseño e instalación adecuados. Las baterías de litio son vulnerables a fugas térmicas e incendios si no se manipulan correctamente, especialmente en el duro entorno marino con exposición al agua salada y alta humedad. Para abordar estas preocupaciones, se han establecido normas y regulaciones ISO. Una de estas normas es la ISO/TS 23625, que proporciona directrices para la selección e instalación de baterías de litio en aplicaciones marinas. Esta norma especifica los requisitos de diseño, instalación, mantenimiento y monitorización de las baterías para garantizar su durabilidad y funcionamiento seguro. Además, la norma ISO 19848-1 proporciona orientación sobre las pruebas y el rendimiento de las baterías, incluidas las baterías de litio de almacenamiento, en aplicaciones marinas.

La norma ISO 26262 también desempeña un papel importante en la seguridad funcional de los sistemas eléctricos y electrónicos de las embarcaciones, así como de otros vehículos. Esta norma exige que el sistema de gestión de baterías (BMS) esté diseñado para proporcionar advertencias visuales o sonoras al operador cuando la batería tenga poca carga, entre otros requisitos de seguridad. Si bien el cumplimiento de las normas ISO es voluntario, el cumplimiento de estas directrices promueve la seguridad, la eficiencia y la longevidad de los sistemas de baterías.

Resumen

Las baterías de litio se están consolidando rápidamente como la solución preferida para el almacenamiento de energía en aplicaciones marinas gracias a su alta densidad energética y su larga vida útil en condiciones exigentes. Estas baterías son versátiles y pueden utilizarse en diversas aplicaciones marinas, desde la propulsión de embarcaciones eléctricas hasta la provisión de energía de respaldo para sistemas de navegación. Además, el desarrollo continuo de nuevos sistemas de baterías está ampliando su gama de posibles aplicaciones, incluyendo la exploración en aguas profundas y otros entornos complejos. Se espera que la adopción de baterías de litio en la industria marina reduzca las emisiones de gases de efecto invernadero y revolucione la logística y el transporte.