Optimización de una superestructura para generación-almacenamiento de energía eléctrica autónoma de uso domiciliario. Celda SOFC - baterías de Litio

DIEGO G. OLIVA; EDUARDO HENQUIN; AGUIRRE PIO

CABA

Congreso; CAIQ2015: VIII Congreso Argentino de Ingeniería Química; 2015

Asociación Argentina de Ingenieros Químicos

En este trabajo se estudia un sistema de generación y almacenamiento de energía eléctrica, autónomo de la red eléctrica para ser implementado en hogares.El sistema de generación consiste en una celda de combustible del tipo SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) de alta temperatura alimentada con gas natural (mezcla de metano-etano).El sistema de almacenamiento de energía eléctrica consiste en un conjunto de baterías de Litio del tipo prismática 8081230 de 3.2 V y 10 Ah nominales cada una. Esta estructura generación-almacenamiento esta ideada para absorber los diferentes perfiles de consumo que se dan habitualmente a lo largo del día en un conjunto habitacional.En las celdas SOFC se produce la conversión de gas natural a energía eléctrica y calor. En su puesta en marcha ocurren una serie de fenómenos dinámicos que requieren tiempo y cuidado de las variables operativas puestas en juego, por lo cual no puede realizar trabajos a niveles de potencia variable. Así, este dispositivo se plantea con un nivel de potencia fijo. Las baterías de iones de Litio han demostrado ser un medio eficaz para el almacenamiento de energía, debido a la alta cantidad de ciclos de carga y descarga que admiten sin deteriorarse y a la ausencia de indeseables efectos de memoria. Sin embargo, debido a la dinámica de los procesos fisicoquímicos que se dan dentro de las mismas, es necesario atender a los perfiles de consumo a los que será sometida y a la alimentación disponible para su carga.De esta manera, se plantea una superestructura que contempla diferentes configuraciones de generación y almacenamiento. Los elementos de la superestructura están integrados por diferentes modelos matemáticos. Los modelos para representar la SOFC fueron publicados en [1], y para modelar el comportamiento de las baterías de Litio se usa el deducido en [2].Para modelar el sistema a optimizar se utiliza la herramienta GAMS. Dependiendo de la potencia requerida por el sistema se analizan el consumo de combustible gaseoso, temperatura, presión de operación y tamaño de la unidad en función de la potencia fija a entregar. En el caso de las baterías de Litio se estudia la performance del sistema al cambiar el material de los electrodos de las mismas (LiyMn2O4, LiyCoO2 y LiyFePO4). Finalmente se llega a la estructura óptima de manera de suplir la demanda estándar con la menor utilización de recursos. El resultado será la configuración más apropiada para dicha demanda.