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

Prefacio

A medida que el mundo avanza hacia soluciones energéticas más sostenibles, las baterías de litio han cobrado mayor relevancia. Si bien los vehículos eléctricos han sido protagonistas durante más de una década, el potencial de los sistemas de almacenamiento de energía eléctrica en entornos marinos se ha pasado por alto. Sin embargo, se ha producido un auge en la investigación centrada en la optimización del uso de baterías de litio y los protocolos de carga para diferentes aplicaciones náuticas. 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, incluso bajo los estrictos requisitos de los sistemas de propulsión marina.

A medida que aumenta la instalación de baterías de litio para almacenamiento, 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 al riesgo 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 marítima, 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 el medio marino y pueden utilizarse para diversos fines, desde propulsar barcos y embarcaciones hasta proporcionar energía de respaldo en caso de emergencia.

El sistema de almacenamiento de energía marina más común es la batería de iones de litio, debido a su alta densidad energética, fiabilidad y seguridad. Además, las baterías de iones de litio se pueden adaptar para satisfacer los requisitos de potencia específicos 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. Mediante el uso de baterías de iones de litio, estos sistemas ofrecen una fuente de energía fiable y sostenible para diversas aplicaciones, como alimentación auxiliar, iluminación y otras necesidades eléctricas a bordo de un buque. Además, 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 pequeñas que operan en zonas relativamente limitadas.

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

Ventajas de las baterías de litio

Una de las ventajas más evidentes de usar baterías de litio en comparación con un generador 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 turbinas eólicas, podrían constituir una fuente de energía 100% limpia. Además, su mantenimiento es menos costoso, ya que tienen menos componentes. Producen mucho menos ruido, lo que las hace ideales para su instalación 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 resultan más rentables 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 de reciente aparición. Sin embargo, las investigaciones han demostrado que ofrecen mayores densidades de energía y una vida útil prolongada, lo que las hace más adecuadas para aplicaciones de largo alcance y para altas cargas y velocidades.

A pesar de estas ventajas, los investigadores no han mostrado signos de complacencia. A lo largo de los años, numerosos diseños y estudios se han centrado en mejorar el rendimiento de las baterías de litio para optimizar su aplicación marina. Esto incluye nuevas mezclas químicas para los electrodos y electrolitos modificados para prevenir incendios y sobrecalentamientos.

Selección de baterías de litio

Existen múltiples características a considerar al seleccionar baterías de litio para un sistema de almacenamiento de energía marina. La capacidad es una especificación crítica. Determina cuánta energía puede almacenar y, por consiguiente, 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 de mayor densidad energética son más compactas y ligeras, lo cual es especialmente importante en embarcaciones donde el espacio y el peso son factores críticos.

La tensión y la corriente nominales también son especificaciones importantes a tener en cuenta 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 fundamental 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 contar con otras características como resistencia a las vibraciones y a los golpes 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 fuego 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 ello, ya que incorpora microextintores en el bastidor del paquete de baterías. Estos extintores se activan mediante una señal eléctrica o al quemar la línea térmica. Esto activa un generador de aerosol que descompone químicamente el refrigerante mediante una reacción redox y lo dispersa para extinguir el fuego rápidamente antes de que se propague. Este método es ideal para intervenciones rápidas, especialmente en aplicaciones con espacio reducido, como las baterías de litio para almacenamiento en entornos marinos.

Seguridad y requisitos

El uso de baterías de litio de almacenamiento en 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 al sobrecalentamiento y a los riesgos de incendio 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 reglamentos 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 la batería para garantizar su durabilidad y funcionamiento seguro. Además, la ISO 19848-1 ofrece orientación sobre las pruebas y el rendimiento de las baterías, incluidas las de litio de almacenamiento, en aplicaciones marinas.

La norma ISO 26262 también desempeña un papel fundamental en la seguridad funcional de los sistemas eléctricos y electrónicos de las embarcaciones y 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 la adhesión a las normas ISO es voluntaria, el cumplimiento de estas directrices promueve la seguridad, la eficiencia y la vida útil de los sistemas de baterías.

Resumen

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