El almacenamiento de energía cinética rotacional, a través de las denominadas baterías inerciales, es una interesante tecnología de acumulación pero con campos de aplicación algo limitados, si bien el interés por ella y sus áreas de uso se han incrementado en los últimos años.
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PRINCIPIOS FÍSICOS
La energía cinética contenida en un cuerpo que gira sobre un eje determinado depende de la velocidad de giro y de su momento de inercia (i.e. como se distribuye la masa respecto al eje). En el caso de un disco o cilindro, que es la forma más comúnmente usada en las baterías inerciales, las ecuaciones serían las siguientes:
Energía cinética rotacional → EC = (1/2 · IX · w2) / 3.600.000 ≡ [kWh]
Velocidad angular → w = 2 · π · n → n ≡ revoluciones por segundo ≡ [vueltas/s]
Momento de inercia de cilindros y discos sólidos (sin huecos)→ IX = 1/2 · Masa · R2 ≡ [kg · m2]
Momento de inercia de cilindros y discos huecos→ IX = 1/2 · Masa · (REXT2 + RINT2)≡ [kg · m2]
Como puede observarse en estas fórmulas, a mayor masa y velocidad tenga el cuerpo, mayor será su energía cinética. Otro aspecto importante es su forma, ya que afecta en gran medida al momento de inercia. Por ejemplo, los discos y cilindros huecos tienen más momento de inercia que sus equivalente sólidos de igual masa.
PROCESO DE CARGA Y DESCARGA
Los sistemas que usan esta tecnología normalmente hacen girar un disco pesado a gran velocidad mediante un motor eléctrico, el cual se desacopla de la masa una vez transmitida toda la energía que se desea almacenar.
El propio motor eléctrico puede operar como generador, de tal modo que, cuando se requiere recuperar la energía, sencillamente se vuelve a unir su eje al disco y se transforma la energía cinética en eléctrica.
Carga: Energía eléctrica → Energía cinética rotacional + Pérdidas
Descarga: Energía cinética rotacional → Energía eléctrica + Pérdidas
El principal problema de estos acumuladores es que pierden energía rápidamente por la fricción con el aire y el rozamiento mecánico, por lo que en aplicaciones de almacenamiento energético a largo plazo se usan rodamientos magnéticos y se mantiene la cámara donde se ubica el cuerpo al vacío para evitar la fricción con el aire.
Con estas dos medidas se mejora la eficiencia de ida y vuelta del sistema hasta el 85%, es decir, en el proceso de carga y descarga solo se pierde un 15% de la energía almacenada. Las baterías inerciales que no usen estas mejoras pierden entorno el 20-50% de su energía en apenas dos horas, si bien en estos casos se utilizan en aplicaciones donde la energía se acumula por periodos muy cortos de tiempo y no merece la pena tomar medidas tan sofisticadas.
En cualquier caso, la mayor ventaja de las baterías inerciales es su elevada potencia nominal y que no requieren grandes espacios para su instalación, por ello son una solución ideal para apoyar estaciones de recarga de vehículos eléctricos y regular la frecuencia-potencia de la red eléctrica.
También se han utilizado en autobuses, tranvías y ferrocarriles eléctricos en sustitución o apoyo de las baterías o la infraestructura eléctrica, si bien su uso en este campo es residual. Cabe destacar al fabricante Parry People Movers por su firme apuesta por el uso de esta tecnología en la fabricación de tranvías y ferrocarriles.
EJEMPLOS DE APLICACIÓN
| Parámetros | Valores |
|---|---|
| Fabricante (modelo, unidades) | Chakratec (KPB 100 kW, 1 u) |
| Ubicación | Praga, República Checa, |
| Aplicación | Apoyo en punto de recarga de EV |
| Potencia / capacidad | 100 [kW] / 25 [kWh] |
| Parámetros | Valores |
|---|---|
| Fabricante (modelo, unidades) | Amber Kinetics (Amber Kinetics M32, 16 u) |
| Ubicación | Massachusetts, EEUU |
| Aplicación | Regulación de frecuencia-potencia de la red |
| Potencia / capacidad | 128 [kW] / 512 [kWh] |
| Parámetros | Valores |
|---|---|
| Fabricante (modelo, unidades) | Active Power (Powerhouse, 1 u) |
| Ubicación | X (Disponible en 50 países) |
| Aplicación | Sistema de alimentación ininterrumpida (UPS) |
| Potencia / capacidad | 1,2 [MW] / ~ 20 [kWh] |
| Parámetros | Valores |
|---|---|
| Fabricante (modelo) | Beacon Power (BP- 400 Flywheel, 200 u) |
| Ubicación | Stephentown, Nueva York, EEUU |
| Aplicación | Regulación de frecuencia-potencia de la red |
| Potencia / capacidad | 20 [MW] / ~ 5 [MWh] |