Energy storage systems based on lithium-ion batteries and supercapacitors: characterization, modelling and integration with renewable energies
Fecha
2017Versión
Acceso abierto / Sarbide irekia
Tipo
Tesis doctoral / Doktoretza tesia
Identificador del proyecto
Impacto
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nodoi-noplumx
|
Resumen
Los inconvenientes medioambientales, sociales y económicos que presentan
los combustibles fósiles y nucleares están propiciando un uso cada vez mayor
de fuentes de energía renovables. El fuerte desarrollo tecnológico de los sistemas
de generación basados en estas fuentes de energía, especialmente de
los sistemas eólicos y fotovoltaicos, ha abaratado enormemente sus costes de
producción, resu ...
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Los inconvenientes medioambientales, sociales y económicos que presentan
los combustibles fósiles y nucleares están propiciando un uso cada vez mayor
de fuentes de energía renovables. El fuerte desarrollo tecnológico de los sistemas
de generación basados en estas fuentes de energía, especialmente de
los sistemas eólicos y fotovoltaicos, ha abaratado enormemente sus costes de
producción, resultando ya tecnologías competitivas en relación con las plantas
convencionales. Actualmente, el principal obstáculo que limita su integración
masiva en la red eléctrica es su gestionabilidad, dada la naturaleza intermitente
del recurso renovable. Los sistemas de almacenamiento energético distribuidos,
y en particular las baterías de litio y los supercondensadores, surgen como una
de las mejores alternativas para mejorar la gestión de esta energía y facilitar
la operación de una red el ectrica cada vez más basada en sistemas renovables.
Esta tesis analiza en profundidad ambas tecnologías de almacenamiento,
especialmente cuando funcionan en entornos de generación renovable. Las
principales líneas de trabajo de la tesis son: Análisis del estado actual de las tecnologías; Estudio de la influencia de los fenómenos termodinámicos, electroquímicos y térmicos en el funcionamiento de estos sistemas de almacenamiento; Modelado electroquímico y térmico de ambas tecnologías de almacenamiento; Estimación del estado de carga y del envejecimiento en baterías de litio; Validación experimental de los modelos propuestos ante diferentes condiciones de funcionamiento; Desarrollo de metodologías para el diseño y funcionamiento óptimo de sistemas de almacenamiento basados en baterías de litio en entornos renovables y particularización para centrales fotovoltaicas. [--]
Environmental, social and economic drawbacks of fossil and nuclear fuels are
leading to an increased use of renewable energy sources. The strong technological
development of renewable-based generation systems during the last years,
especially in the case of wind and photovoltaic systems, has led to an impressive
reduction of production costs and made these technologies competitive
with conve ...
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Environmental, social and economic drawbacks of fossil and nuclear fuels are
leading to an increased use of renewable energy sources. The strong technological
development of renewable-based generation systems during the last years,
especially in the case of wind and photovoltaic systems, has led to an impressive
reduction of production costs and made these technologies competitive
with conventional power plants. At present, the main barrier that limits their
massive integration into the electrical grid is their reduced manageability due
to the intermittent nature of renewable resources. Distributed energy storage
systems, particularly lithium-ion batteries and supercapacitors, arise as one of
the best options to provide manageability to these systems and help operate
an electrical grid increasingly based and dependent on renewable power plants.
This thesis analyses in depth both energy storage technologies, in particular
when they operate in renewable generation systems. The main research
lines of the thesis are: Analysis of the state of the art of lithium-ion battery and supercapacitor
technologies; Study of the infuence of thermodynamic, electrochemical and thermal phenomena on the operation of these storage technologies; Electrochemical and thermal modelling of both technologies; Estimation of the state of charge and ageing of lithium-ion batteries; Experimental validation of the proposed models under different operating conditions; Development of methodologies for the optimal design and operation of storage systems based on lithium-ion batteries in renewable environments,
and implementation in photovoltaic power plants. [--]
Materias
Sistemas de almacenamiento energético distribuidos,
Baterías de litio,
Supercondensadores,
Energías renovables,
Distributed energy storage systems,
Lithium-ion batteries,
Supercapacitors,
Renewable energies
Departamento
Universidad Pública de Navarra. Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica /
Nafarroako Unibertsitate Publikoa. Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa Saila
Programa de doctorado
Entidades Financiadoras
This thesis has been subsidised by the FPU Program of the Spanish
Ministry of Education, Culture and Sport with the scholarship FPU
13/00542. Moreover, funding from the Spanish Ministry of Economy,
Industry and Competitiveness has been used under the research and development
projects DPI2016-80641-R, DPI2016-80642-R and DPI2013-42853-R and from the Government of Navarre under the research and
development project "Integration of renewable energy in the electricity
grid by means of advance energy storage systems".