Facilitar la función de respaldo
Las baterías fiables garantizan que los sistemas industriales funcionarán conforme a lo esperado y protegerán a las personas, la propiedad y el entorno en general. La tecnología probada como las baterías de placas de bolsa de níquel es efectiva desde el punto de vista económico y operativo. Sin embargo, a algunos operadores les preocupa que las baterías de níquel requieran un proceso de carga más complejo que las baterías de ácido de plomo. Las últimas actividades de investigación y desarrollo en este ámbito se han centrado en abordar este desafío.
Las baterías de respaldo en los entornos industriales más exigentes...
Deben ser fiables incluso en las condiciones más duras. Por esta razón pueden instalarse en lugares remotos e inhóspitos como plataformas de exploración y producción de hidrocarburos, en subestaciones de servicios sin personal o en fábricas altamente automatizadas.
Las baterías de respaldo deben ser capaces de generar la energía cuando sea necesario para llevar a cabo con seguridad la parada de la planta o la operación de sistemas de control de procesos, garantizar la continuidad de las cargas críticas o reconfigurar el cuadro eléctrico. Como alternativa, también puede necesitarse un puente energético hasta que los generadores de respaldo estén disponibles, sistemas para proteger los racks de datos, generar energía de apoyo para las alarmas de incendio, la iluminación de emergencia y los sistemas de seguridad.
Todo lo anterior debe hacer frente a los desafíos que supone el acceso limitado, la necesidad de cumplir con las normas y los procedimientos de seguridad y de contar con técnicos altamente capacitados.
Cómo facilitar energía con baterías de respaldo
La última generación de baterías de placas de bolsa de níquel como Uptimax de Saft, ha evolucionado para ofrecer la mejor capacidad de carga junto con un alto nivel de fiabilidad. Esta capacidad de carga permite una gestión más sencilla de los cargadores de baterías.
A medida que las baterías reciben energía, su tensión sube a medida que sube su Estado de Carga (EoC) y se saturan. La ventana de tensión en las baterías de níquel convencionales es relativamente amplia. A su vez, esto significa que los cargadores para baterías de níquel convencionales deben estar adaptados para ofrecer en primer lugar una carga rápida que lleve a la batería hasta su capacidad y a continuación una tensión de carga nominal «flotación» para mantener la carga.
Para ello, a fin de suministrar los dos niveles de carga para las baterías de níquel se debe incorporar diodos de caída adicionales dentro de las unidades de cargador. Éste permite realizar la carga rápida y cuando detecta que la tensión aumenta, cambia para suministrar la carga de flotación.
Las actividades de desarrollo recientes realizadas por los investigadores de Saft en Burdeos, Francia, así como su equipo de desarrollo de producto en Oskarshamn, Suecia, se han concentrado en los materiales activos situados en el interior de la batería. Estas investigaciones están basadas en las mejoras aportadas a lo largo de varias generaciones de la tecnología.
Cambios sutiles pero importantes para la electroquímica permiten cargar ahora la Uptimax en una única horquilla estrecha de tensión de 1,39 V/celda. Como resultado, las baterías modernas son compatibles con todos los sistemas de carga habituales de corriente continua (CC). Un beneficio añadido es que, en caso de requerir una recarga rápida, se puede alcanzar el 95% del SoC en 8 horas en 1,45 V/celda para un tiempo de apagado mínimo y una disponibilidad máxima.
La nueva normativa para el níquel deberá ser con una horquilla estrecha de tensión
Desde que Saft ha empezado a utilizar materiales activos en sus baterías, en septiembre de 2018, la producción se ha orientado completamente hacia el nuevo modelo de tensión estrecha. La reacción de los clientes ha sido positiva ya que Saft ha demostrado las ventajas potenciales. Los operadores industriales suelen acoger favorablemente las mejoras tecnológicas que ofrecen ahorros reales con base en una mejor fiabilidad o en unos costes de mantenimiento reducidos.
En este caso, solo los materiales electroquímicamente activos han sido sustituidos dentro de las baterías, el diseño mecánico sigue siendo el mismo. Por lo tanto, las baterías de níquel con una horquilla estrecha de tensión se pueden instalar como un recambio directo de tipo 'plug and play' tanto en baterías de plomo-ácido como en generaciones anteriores de baterías de níquel.
Considerando que son mecánicamente idénticas a los modelos anteriores, también se garantiza la disponibilidad y la compatibilidad de los recambios durante muchos años.
Sin embargo, la mejora es un proceso continuo y constante. Dado que su tecnología ha sido mejorada para eliminar la carga a nivel dual, el equipo de desarrollo de Saft ha dirigido su atención a futuras mejoras. El foco se ha situado ahora en la reducción de los costes operativos para los clientes y en particular en la reducción de los requisitos de mantenimiento sin reducir la fiabilidad.
Carga sencilla
Una ventaja principal de disponer de una ventana estrecha para la tensión de carga es que permite utilizar las baterías de placa de bolsa de níquel como recambio directo de las baterías convencionales de plomo-ácido. La capacidad de carga mejorada y la ventaja de disponer de una ventana de tensión estrecha significa que se pueden eliminar los diodos de caída del cargador de la batería.
Como resultado, los operadores industriales pueden alcanzar un ahorro significativo gracias a un bajo mantenimiento, una larga vida útil y una elevada fiabilidad de las baterías con tecnología de níquel. Además, en caso de corte de corriente, la batería soportará la carga sin necesidad de depender de una serie de componentes electrónicos. Un número reducido de componentes no solo significa que el sistema de respaldo es inherentemente más fiable, sino que se requiere menos ingeniería, lo que implica menos gastos de inversión y menos gastos operativos (CAPEX y OPEX).
Beneficio de la fiabilidad de las baterías de níquel
Aparte de su capacidad de carga mejorada, las baterías de placa de bolsa más modernas presentan otras ventajas por encima de la tecnología de plomo-ácido, en especial en términos de rendimiento predecible, bajos requisitos de mantenimiento y un bajo coste total de propiedad (TCO).
Muchos operadores poseen instalaciones obsoletas con tecnología de plomo-ácido. Aunque las baterías de plomo-ácido son bien conocidas y ampliamente utilizadas, su mantenimiento y sus requisitos de funcionamiento, como la realización de pruebas de capacidad regulares, son relativamente elevados. Por otra parte, la tecnología de plomo-ácido puede experimentar lo que llamamos muerte súbita.
Se trata de un fallo súbito e irreversible que se debe a que la estructura interna de la batería pierde finalmente su integridad mecánica debido a que es erosionada a lo largo del tiempo por causa de las reacciones electroquímicas. Las baterías de níquel no experimentan la muerte súbita, por el contrario, ofrecen un rendimiento predecible durante su vida útil.
Este tipo de baterías ofrece asimismo una vida útil mucho mayor - lo que implica unos intervalos más prolongados entre ciclos de reemplazo. De hecho, los clientes nos refieren con frecuencia que poseen instalaciones de baterías de más de 20 años de antigüedad. Esta particularidad constituye una ventaja en las instalaciones remotas y aisladas, donde el coste y el desafío logístico de la sustitución pueden ser elevados.
Otros dos factores que mantienen el TCO bajo control es el bajo mantenimiento y el peso relativamente ligero en comparación con la tecnología de plomo-ácido. Las baterías como la Uptimax no requieren ser rellenadas con electrolito. Esto significa que las visitas al emplazamiento se deben mantener en un mínimo y pueden ser coordinadas con otras actividades, con lo que se evita la necesidad de programar la intervención de un técnico solamente para las baterías. Además, al ser más ligeras que el plomo-ácido, son más fáciles de manejar y no presentan los mismos requisitos respecto a su transporte o manipulación.
Aunque el rendimiento de las baterías de plomo-ácido puedan sufrir ante temperaturas extremas de funcionamiento, altas o bajas, las baterías de tecnología de níquel cadmio ofrecen un funcionamiento más fiable en una gama de temperaturas más amplia. Se debe tener en cuenta que las temperaturas elevadas provocarán el envejecimiento prematuro de los dispositivos electroquímicos. Si bien un aumento de la temperatura de tan solo 10 °C reduce la vida útil de una batería de plomo-ácido en un 50 por ciento, una batería de níquel equivalente perderá tan solo el 20% de su vida útil en las mismas condiciones.
Unas temperaturas de funcionamiento más bajas, especialmente en condiciones invernales extremas también afectará al rendimiento de la batería. Con frecuencia, los ingenieros subsanan este problema mediante el sobredimensionamiento de las instalaciones de baterías de plomo-ácido para garantizar que tengan suficiente capacidad energética incluso en lo más profundo del invierno. Puesto que las baterías de níquel cadmio son capaces de funcionar mejor a menores temperaturas, es menos necesario que sean sobredimensionadas.
En general, un beneficio más de cambiar el plomo-ácido por tecnología de níquel cadmio es que los operadores pueden reducir o incluso eliminar la necesidad de instalar equipos de aire acondicionado o de calefacción para sus sistemas de baterías sin tener que sobredimensionar las baterías. Esto permite otro valioso ahorro en los costes de instalación y de mantenimiento.
