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

D.G. OLIVA; E.R.HENQUÍN; P.A. AGUIRRE

Ciudad Autónoma de Buenos Aires

Congreso; VIII CONGRESO ARGENTINO DE INGENIERÍA QUÍMICA; 2015

Asociación Argentina de Ingenieros Químicos

            En este trabajo se estudia unsistema de generación y almacenamiento de energía eléctrica, autónomo de la redeléctrica para ser implementado en hogares.            El sistema de generación consiste enuna celda de combustible del tipo SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) de altatemperatura alimentada con gas natural (mezcla de metano-etano).            El sistema de almacenamiento deenergía eléctrica consiste en un conjunto de baterías de Litio del tipo prismática8081230 de 3.2 V y 10 Ah nominales cada una.             Esta estructura generación-almacenamientoesta ideada para absorber los diferentes perfiles de consumo que se danhabitualmente a lo largo del día en un conjunto habitacional.            En las celdas SOFC se produce laconversión de gas natural a energía eléctrica y calor. En su puesta en marchaocurren una serie de fenómenos dinámicos que requieren tiempo y cuidado de lasvariables operativas puestas en juego, por lo cual no puede realizar trabajos aniveles de potencia variable. Así, este dispositivo se plantea con un nivel depotencia fijo.             Las baterías de iones de Litio handemostrado ser un medio eficaz para el almacenamiento de energía, debido a laalta cantidad de ciclos de carga y descarga que admiten sin deteriorarse y a laausencia de indeseables efectos de memoria. Sin embargo, debido a la dinámicade los procesos fisicoquímicos que se dan dentro de las mismas,  es necesario atender a los perfiles de consumoa los que será sometida y a la alimentación disponible para su carga.            De esta manera, se plantea unasuperestructura que contempla diferentes configuraciones de generación yalmacenamiento. Los elementos de la superestructura están integrados pordiferentes modelos matemáticos. Los modelos para representar la SOFC fueronpublicados en (Oliva y col., 2013), y para modelar el comportamiento de lasbaterías de Litio se usa el deducido en (Henquín y Aguirre, 2015).            Para modelar el sistema a optimizarse utiliza la herramienta GAMS. Dependiendo de la potencia requerida por elsistema se analizan el consumo de combustible gaseoso, temperatura, presión deoperación y tamaño de la unidad en función de la potencia fija a entregar. Enel caso de las baterías de Litio se estudia la performance del sistema al cambiarel material de los electrodos de las mismas (LiyMn2O4, LiyCoO2 y LiyFePO4).              Finalmente se llega a la estructuraóptima de manera de suplir la demanda estándar con la menor utilización derecursos. El resultado será la configuración más apropiada para dicha demanda. Henquín, E., Aguirre, P.A. (2015). Phenomenological Model-Based Analysis ofLithium Batteries. Discharge, Charge,Relaxation Times Studies. Cycles Analysis. AIChE J. 61.1: 90?102 Oliva, D.G., Francesconi, J.A., Mussati, M.C., Aguirre, P.A. (2013). Ethanol and glycerin processorsystems coupled to solid oxide fuel cells (SOFCs). Optimal operation and heatexchangers network synthesis. InternationalJournal of Hydrogen Energy Volume 38, Issue 17, Pages 7140-7158