Impulsando el futuro: acelerar la adopción de vehículos eléctricos con un innovador almacenamiento de energía de larga duración basado en hidrógeno para estaciones de carga
En 2023, se vendieron más de un millón de vehículos eléctricos nuevos en Estados Unidos (un récord) y se estima que el número de vehículos eléctricos en funcionamiento en Estados Unidos crecerá de los 3,5 millones actuales a más de 28 millones en 2030, solo seis años. desde ahora. Si bien la transición a los vehículos eléctricos ha ofrecido un claro imperativo de reducción de carbono, el rápido cambio ha tenido sus desafíos y limitaciones, una de las cuales ha sido mantener el suministro de la pink eléctrica en línea con la creciente demanda de electricidad impulsada por los vehículos eléctricos. Al mismo tiempo, los centros de datos de IA, que consumen mucha energía, están entrando en funcionamiento y ejerciendo una presión sin precedentes sobre nuestras redes: para 2030, los vehículos eléctricos y los centros de datos utilizarán tanta energía como 50 millones de hogares (equivalente a aproximadamente un tercio de todos los hogares estadounidenses en la actualidad) y costaría tanto como $2 billones para actualizar.
Una infraestructura de carga de vehículos eléctricos confiable, generalizada, rentable y climáticamente neutra es essential para respaldar los millones de vehículos eléctricos que circulan hoy en día, así como los millones más que se espera que entren en funcionamiento en los próximos años, y preparar nuestra infraestructura para el futuro. La pink eléctrica tendrá importantes implicaciones económicas, climáticas y de seguridad nacional.
En un escenario very best, la infraestructura de carga de vehículos eléctricos dependerá únicamente de fuentes de energía renovables; pero en realidad la situación energética es más complicada. En muchos lugares, la electricidad derivada de combustibles fósiles es simplemente más barata y más fácil de utilizar.
La producción de energía neta cero presenta desafíos importantes: la construcción de plantas de fisión nuclear requiere décadas y una inversión de capital sustancial; otras energías renovables como la hidroeléctrica, la geotérmica y las mareas están limitadas por la geografía; y aunque la energía photo voltaic y eólica se han vuelto más rentables, sufren de intermitencia, lo que significa que no siempre pueden generar energía cuando la necesitan.
Para abordar la intermitencia, podemos ajustar nuestro consumo de electricidad para alinearlo con la generación renovable o desarrollar métodos para almacenar y transferir energía a lo largo del tiempo. Si bien la respuesta a la demanda puede ayudar, no será suficiente a escala world. Las soluciones de almacenamiento de energía de larga duración son esenciales para hacer frente a las variaciones estacionales en la generación renovable, garantizando un suministro de energía estable y resiliente. Estos sistemas pueden proporcionar electricidad limpia, constante y rentable durante todo el año. Si bien las innovaciones recientes se han centrado en el almacenamiento de baterías a corto plazo, la atención ahora se está desplazando hacia el hidrógeno para el almacenamiento de energía de larga duración, que ofrece una solución intrigante a más largo plazo.
El LDES de hidrógeno implica el uso de hidrógeno como medio para almacenar energía durante períodos prolongados, que luego puede usarse para alimentar estaciones de carga de vehículos eléctricos, entre otros usos.
Se utilizan fuentes de energía renovables como la photo voltaic o la eólica para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno en un proceso conocido como electrólisis. El hidrógeno “verde” producido (es decir, producido con cero emisiones de carbono) puede almacenarse durante largos períodos en tanques o instalaciones subterráneas sin pérdidas significativas. Cuando se necesita energía, el hidrógeno se puede volver a convertir en electricidad mediante pilas de flamable, que luego se pueden utilizar para alimentar estaciones de carga de vehículos eléctricos.
Hydrogen LDES proporciona un suministro de energía estable y confiable, lo que garantiza que las estaciones de carga de vehículos eléctricos tengan acceso a la energía incluso cuando las fuentes de energía renovables como la photo voltaic o la eólica fluctúan diaria o estacionalmente. Por ejemplo, en latitudes septentrionales, donde la energía photo voltaic es muy eficaz en el soleado verano pero menos en el oscuro invierno, los LDES de hidrógeno podrían almacenar grandes cantidades de energía photo voltaic en forma de hidrógeno (durante cualquier período de tiempo) para distribuirla como electricidad durante todo el invierno.
Además, debido a que la carga de vehículos eléctricos a menudo genera una demanda de carga máxima en la pink eléctrica, los LDES de hidrógeno pueden suministrar energía adicional durante los períodos pico, reduciendo la tensión en la pink y evitando la necesidad de costosas actualizaciones.
Si bien las baterías destacan en aplicaciones conectadas a la pink y en el arbitraje energético, la tecnología del hidrógeno abre posibilidades en áreas donde las soluciones tradicionales enfrentan limitaciones. Como medio de almacenamiento, el hidrógeno permite una implementación más fácil de estaciones de carga de vehículos eléctricos en ubicaciones remotas o fuera de la pink donde las conexiones tradicionales a la pink no son viables. Ampliar la cobertura y accesibilidad de carga de vehículos eléctricos y reducir la “ansiedad por el alcance” serán cada vez más importantes a medida que las flotas comerciales y de carga/logística hagan la transición a la electricidad.
Los sistemas de almacenamiento de hidrógeno también se pueden ampliar para satisfacer las diferentes demandas de energía conectando en cadena tanques de hidrógeno adicionales a las configuraciones existentes. Esta flexibilidad permite una pink de carga de vehículos eléctricos más adaptable y resiliente que puede crecer con el creciente número de vehículos eléctricos y abre las puertas a las microrredes locales.
Sin embargo, también existen desafíos con los LDES de hidrógeno: el proceso de electrólisis, almacenamiento y reconversión en electricidad implica inherentemente pérdidas de eficiencia. En muchos casos de conexión a la pink, las baterías serán un medio de almacenamiento más eficiente y rentable. Además, construir la infraestructura para la producción, el almacenamiento y la distribución de hidrógeno requiere más inversión y coordinación entre las partes interesadas que los sistemas de baterías tradicionales. Y debido a que el hidrógeno es altamente inflamable, manipularlo de manera segura requiere medidas de seguridad estrictas de acuerdo con las regulaciones locales.
Para abordar estos obstáculos, HyWatts ha desarrollado una innovadora Energy-Plant-in-a-Field™ que combina generación photo voltaic y LDES de hidrógeno en un único sistema para proporcionar energía renovable continua in situ. Su innovación clave es una celda de flamable de hidrógeno con membrana de intercambio de protones de alta temperatura (HTPEM) “reversible” que integra las funcionalidades de un electrolizador y una celda de flamable en una unidad singular y eficiente y utiliza hidrógeno como medio de almacenamiento de energía para crear y almacenar energía. a una fracción del costo de los sistemas de baterías.
La integración de la generación de energía photo voltaic, el electrolizador y la pila de flamable no sólo simplifica la infraestructura necesaria para la producción de hidrógeno y la generación de electricidad, sino que también scale back significativamente los gastos de capital hasta en un 50% en comparación con las tecnologías de hidrógeno convencionales, y más aún con las de iones de litio existentes.
configuraciones. Por ejemplo, equipar una estación parcialmente conectada a la pink con capacidad para soportar 20 cargadores de CC de 360 kW y 20 de 180 kW para camiones y automóviles con almacenamiento de baterías implicaría un costo de alrededor de 47 millones de dólares, en comparación con los 31 millones de dólares de un sistema HyWatts. De manera comparable, el costo por kilovatio-hora sería de 0,18 dólares para las baterías, en comparación con 0,11 dólares para la solución basada en hidrógeno de HyWatts.
A medida que aumenta la adopción de vehículos eléctricos, la presión sobre nuestra pink energética se intensifica. El almacenamiento de energía de larga duración con hidrógeno podría cambiar las reglas del juego, ofreciendo un suministro de energía estable para la carga de vehículos eléctricos incluso cuando las energías renovables fallan. Al almacenar hidrógeno verde y convertirlo nuevamente en electricidad, podemos mitigar las demandas de carga máxima y expandir la infraestructura de vehículos eléctricos a áreas remotas. A pesar de las pérdidas de eficiencia y los costos iniciales de infraestructura asociados con los LDES de hidrógeno, innovaciones como el sistema integrado de hidrógeno y energía photo voltaic de HyWatts podrían hacer de esto una realidad rentable. Para respaldar millones de nuevos vehículos eléctricos y un futuro sostenible, adoptar LDES de hidrógeno es essential. Es hora de tomarlo en serio.
Dr. Alex Ivanenko, Fundador de HyWatts