Analysis of an Electrical Energy Storage System Based on Flow Batteries

Abstract

En el contexto de una transición del modelo eléctrico y energético, este proyecto pretende explorar en detalle una tecnología prometedora: las Baterías de Flujo Redox desde múltiples puntos de vista. En primer lugar se presenta una introducción sobre el interés de estos sistemas: por qué los científicos buscan nuevos sistemas de baterías y qué pueden aportar las RFB en particular al escenario actual. Una vez expuesto esto, se examina el principio de funcionamiento y los componentes de las baterías de flujo redox. Comprender en profundidad cómo funciona el sistema permitirá llevar a cabo una investigación aún más amplia sobre el estado del arte de las baterías de flujo redox. Así, en la sección Líneas de investigación y retos se exponen las diferentes líneas de investigación, los retos encontrados y, en consecuencia, la forma en que se lideran futuras investigaciones. Por último, se realiza un estudio de viabilidad económica para evaluar la viabilidad potencial de este tipo de baterías en el mercado. Este estudio se basa en un sistema ya instalado en Japón, cuya estabilidad a largo plazo ha sido demostrada. Adicionalmente, se evalúa la viabilidad de dicho sistema hipotéticamente conectado a la red eléctrica española mediante un análisis de costes jerárquico e incremental, que tiene en cuenta múltiples factores. Finalmente, este trabajo concluye que existe una amplia variedad de áreas de investigación aún abiertas y que se requiere más investigación para encontrar la combinación ideal de los diferentes elementos en una RFB (electrolitos, electrodos, membranas, etc.) que logren demostrar estabilidad a largo plazo así como una eficiencia alta. Por el momento, la inclusión de las baterías de flujo redox en España no parece viable en términos económicos, debido a las limitaciones de la red y a los elevados costes de inversión inicial para producir todo el sistema.

In the context of an electrical and energy model transition, this project aims to explore in detail a promising technology: Redox Flow Batteries from multiple points of view. In the first place, an introduction regarding why these systems are interesting is presented: why scientists seek new battery systems and what RFBs in particular can add to the current scenario. That being exposed, the working principle and components of Redox Flow Batteries is examined. Deeply understanding how the system works will allow for an even more extensive research to be carried out, regarding the State of Art of these systems. In this way, the Research Lines and Challenges section puts forward what different research lines have been tackled, the challenges encountered, and as a result, the way in which further investigations have been led. Lastly, an economic feasibility study is conducted to assess the potential viability of this type of battery in the market. This study is based on a system already installed in Japan, whose long-term stability has been proven. Additionally, the feasibility of such system hypothetically connected to the Spanish electrical network is assessed through a hierarchical and incremental cost analysis, that takes into account multiple factors. This work finally concludes there is a wide variety of investigation areas still open and further research is required in order to find the ideal combination of the different elements in a RFB (electrolytes, electrodes, membranes, etc.) that proves to show long-term stability as well as efficiency. As of now, including redox flow batteries in Spain seems not to be feasible in economic terms, due to the limitations in the network and the high initial investment costs to produce the entire system. V