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

OLIVA, D. G. ; E. R. HENQUÍN; AGUIRRE, P.A.

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.            Elsistema de generación consiste en una celda de combustible del tipo SOFC (SolidOxide Fuel Cell) de alta temperatura alimentada con gas natural (mezcla demetano-etano).            Elsistema de almacenamiento de energía eléctrica consiste en un conjunto debaterías de Litio del tipo prismática 8081230 de 3.2 V y 10 Ah nominales cadauna.             Estaestructura generación-almacenamiento esta ideada para absorber los diferentesperfiles de consumo que se dan habitualmente a lo largo del día en un conjuntohabitacional.            Enlas celdas SOFC se produce la conversión de gas natural a energía eléctrica ycalor. En su puesta en marcha ocurren una serie de fenómenos dinámicos querequieren tiempo y cuidado de las variables operativas puestas en juego, por locual no puede realizar trabajos a niveles de potencia variable. Así, estedispositivo se plantea con un nivel de potencia fijo.             Lasbaterías de iones de Litio han demostrado ser un medio eficaz para elalmacenamiento de energía, debido a la alta cantidad de ciclos de carga ydescarga que admiten sin deteriorarse y a la ausencia de indeseables efectos dememoria. Sin embargo, debido a la dinámica de los procesos fisicoquímicos quese dan dentro de las mismas,  esnecesario atender a los perfiles de consumo a los que será sometida y a la alimentacióndisponible para su carga.            Deesta manera, se plantea una superestructura que contempla diferentesconfiguraciones de generación y almacenamiento. Los elementos de lasuperestructura están integrados por diferentes modelos matemáticos. Los modelospara representar la SOFC fueron publicados en (Oliva y col., 2013), y paramodelar el comportamiento de las baterías de Litio se usa el deducido en (Henquíny Aguirre, 2015).            Paramodelar el sistema a optimizar se utiliza la herramienta GAMS. Dependiendo dela potencia requerida por el sistema se analizan el consumo de combustiblegaseoso, temperatura, presión de operación y tamaño de la unidad en función dela potencia fija a entregar. En el caso de las baterías de Litio se estudia laperformance del sistema al cambiar el material de los electrodos de las mismas(LiyMn2O4, LiyCoO2 y LiyFePO4).              Finalmentese llega a la estructura óptima de manera de suplir la demanda estándar con lamenor utilización de recursos. El resultado será la configuración más apropiadapara dicha demanda. Henquín, E., Aguirre, P.A. (2015). Phenomenological Model-BasedAnalysis of Lithium 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). Ethanoland glycerin processor systems coupled to solid oxide fuel cells (SOFCs).Optimal operation and heat exchangers network synthesis. International Journal of Hydrogen Energy Volume 38, Issue 17, Pages7140-7158