Cualquier persona interesada en las energías renovables sabe que la producción de la energía es solo una parte del proceso. Las energías renovables suelen tener una debilidad común: su producción es para uso inmediato. La energía que no se consume se puede perder. Esto significa, también, que no son una fuente constante, sino que varía según las condiciones climáticas. Aquí es donde entra a jugar el almacenamiento de energía, un pilar fundamental de la transición energética.

El almacenamiento de energía permite flexibilizar la producción de energía renovable. Facilita una integración más eficiente y es fundamental para la transición a un sistema energético descarbonizado. Y aunque, para algunos, se trata solo de usar baterías, el tema es un poco más complicado de lo que parece. Te invitamos a conocer más sobre el almacenamiento de energía, sus tipos y dificultades.

¿Cómo se puede almacenar la energía?

Almacenamiento de energía sub

La electricidad es el pilar de la vida tal y como la conocemos. La modernidad se sustenta en ella: el internet; los computadores, televisores y electrodomésticos; la luz doméstica y pública, e incluso el transporte se sostiene por ella. Según la Agencia Internacional de la Energía, las ciudades ocupan el 3 % de la superficie del planeta y son responsables del 67 % del consumo energético global.

El desarrollo de las energías renovables se ha convertido en una alternativa para el suministro energético. Los principios energéticos nos permiten generarla, transportarla y transformarla fácilmente. Sin embargo, hay un aspecto que todavía los expertos no logran resolver: su almacenamiento.

La energía eléctrica no se puede almacenar como tal. Usualmente, es necesario transformarla a otros tipos de energía, como mecánica o química, para poder recolectarla. En general, el almacenamiento de energía no ha logrado desarrollar un método práctico, fácil y barato.

Sin embargo, se está avanzando a grandes pasos para mejorar los diferentes tipos de almacenamiento energético. La Agencia Internacional de Energías Renovables (Irena) considera que la aportación a gran escala es fundamental para ayudar a almacenar picos de producción. Por ello, en los últimos años, hemos visto un incremento en el despliegue de los sistemas de almacenamiento de energía. Se espera que, hasta 2025, se incrementen en un 40 % cada año. Esto también se refleja en una disminución del precio.

Según Bloomberg, el descenso de los precios es notable y acelerado. En el caso de las baterías, pasaron de 1 100 dólares por kWh en 2010, a 156 dólares por kWh en 2016. Una caída del 87 %. Y se espera que para 2023, los precios ronden los 100 dólares por kWh.

Uno de los proyectos más grandes en términos de capacidad de almacenamiento es llevado a cabo por Tesla. La compañía está diseñando baterías de iones de litio de 100 MW/129 MWh para el parque eólico de Hornsdale, Australia.

Tipos de almacenamiento de energía

Bombeo hidroeléctrico

central hidroeléctrica

El bombeo hidroeléctrico o tecnología hidroeléctrica de bombeo es el sistema más eficiente de almacenamiento de energía a gran escala. Es una tecnología rentable, que aporta seguridad, estabilidad y sostenibilidad al sistema eléctrico. Gracias a ello, es la forma de almacenamiento con mayor capacidad instalada en todo el mundo.

El sistema por bombeo hidroeléctrico es una tecnología usada por las centrales hidroeléctricas, que les permite acumular energía durante varias horas. Y luego puede generar significativas cantidades de energía limpia con tiempos de respuesta muy rápidos.

El sistema se basa en almacenar energía mediante el bombeo de agua de un embalse inferior hasta uno superior. El desnivel debe ser de al menos 100 m. En los periodos con alta demanda energética, se descarga el agua del embalse superior para generar electricidad. Usualmente, se utiliza una turbina reversible que funciona como bomba. Y cuando hay menor consumo se usa la energía sobrante para elevar el agua del embalse inferior al superior por medio de una bomba hidráulica.

Es decir, el agua se almacena en momentos de menor demanda y se aprovecha para generar energía en las horas de mayor consumo. Esta tecnología se ha usado desde los años 20. La eficiencia del sistema, considerando las pérdidas tanto en el bombeo como en la generación, es entre el 70 % y el 75 %. Es el mejor medio para potencias mayores a 100 MW.

Artículo recomendado: Tipos de energías renovables | Solar, eólica, hidráulica…

Aire comprimido

Almacenamiento de energía aire

Otro de los sistemas de almacenamiento de energía es el aire comprimido, conocido como CAES (Compressed Air Energy Storage). En este sistema, el aire a altas presiones se almacena en depósitos bajo tierra en las horas de baja demanda. Los depósitos pueden ser desde minas abandonadas, cavidades rellenas de soluciones minerales hasta acuíferos.

Las instalaciones cuentan con un motor reversible que, en los momentos de exceso de energía (baja demanda), almacena el aire a altas presiones en la caverna subterránea. Cuando la demanda vuelve a crecer, se cambia el sentido del flujo: se extrae el aire comprimido para utilizarlo para producir energía eléctrica. Es un sistema de almacenamiento mecánico equiparable en capacidad al bombeo hidroeléctrico.

El almacenamiento de energía con aire comprimido es un método ecoeficiente, limpio y económico. Sin embargo, y a pesar de ser equivalente al bombeo hidroeléctrico, solo hay dos instalaciones en operación: una en Alemania (290 MW) y otra en Estados Unidos (110 MW).

¿Cómo funciona? El aire se comprime mediante un motor eléctrico. La comprensión es de forma escalonada, con enfriamientos intermedios para generar un buen rendimiento. Luego, se guarda en profundas cavernas naturales. Cuando se requiere la energía, se utiliza el aire comprimido para alimentar turbinas de gas de alto rendimiento. Es decir, se extrae el aire guardado y se expande en una turbina de alta y otra de baja presión.

Así, se puede regenerar hasta el 80 % de la energía almacenada. Estas plantas están diseñadas para operar en un ciclo diario: la carga durante la noche y la descarga durante el día.

Te podría interesar: ¿Cuáles son las diferencias entre energía renovable y no renovable?

Almacenamiento térmico

Almacenamiento de energía térmico

El almacenamiento de energía térmica (TES por sus siglas en inglés) tiene el potencial de ser uno de los elementos más importantes en el proceso de descarbonización. El almacenamiento térmico permite superar el escollo de la intermitencia al que están sujetas las fuentes de energía renovables —especialmente la eólica o la solar— y el desfase entre la producción y demanda de energía.

De esta forma, el almacenamiento térmico es responsable de la optimización de la gestión energética tanto en su producción eléctrica como en el aprovechamiento del calor. Gracias a sus cualidades, el almacenamiento térmico puede almacenar grandes cantidades de energía a un relativo bajo coste. Además, beneficia a sectores diversos como la calefacción y refrigeración de edificios; procesos de calor o frío industrial; y complemento del almacenamiento de energía para la red eléctrica.

En estos sistemas, la energía realiza un ciclo completo basado en la carga, el almacenamiento y la descarga energética. Para ello, debe cumplir una serie de requisitos como, por ejemplo, que el material de almacenamiento tenga una alta densidad de energía; una buena conductividad térmica; estabilidad química y mecánica; reversibilidad completa de los ciclos y bajas pérdidas térmicas.

La energía térmica de estos sistemas puede ser almacenada de tres maneras: el aprovechamiento del calor sensible de los cuerpos; a través del calor latente al cambiar de una fase a otra; o por medio de la energía involucrada en una reacción química.

Contenido relacionado: Energía solar térmica | Qué es, cómo funciona, tipos y aplicaciones

Pilas y baterías

Almacenamiento de energía batería

Las pilas y baterías, sin importar su uso o función, se clasifican de la misma forma: según su composición. Las pilas son dispositivos que almacenan energía en compuestos químicos, que luego pueden generar carga eléctrica. Sus principales ventajas son su rapidez de respuesta, su facilidad de instalación y escalabilidad.

Recientemente, en Futuro Eléctrico hablábamos sobre los tipos de baterías para coches eléctricos. Aunque el artículo se enfoca en los vehículos eléctricos, los tipos son los mismos, por lo que, si el lector está interesado en sus diferentes tipos, le recomendamos leerlo.

A modo de resumen, podemos decir que existen diferentes generaciones de baterías. Las más antiguas son las de níquel-cadmio, níquel-hierro, níquel-hidruro metálico y la de plomo ácido. Entre las más modernas encontramos la LifePo4, la de iones de litio y zinc-aire. Además, se está trabajando por generar baterías más amigables con el ambiente y eficientes, entre ellas las de grafeno, las de dióxido de carbono y las baterías en estado sólido.

Supercondensador

Almacenamiento de energía supercondensador

Entre los sistemas de almacenamiento de energía encontramos también los supercondensadores. Son sistemas capaces de almacenar grandes cantidades de energía eléctrica en forma de cargas electrostáticas. Pueden ser cargados y descargados en cuestión de segundos; es decir, pueden ceder la energía rápidamente en el momento necesario.

Los supercondensadores son ideales para responder a necesidades de puntas de potencia o breves interrupciones del suministro. Por lo tanto, más que ser un reemplazo de las baterías, muchos consideran que se complementan. Mientras unos aportan energía, los supercondensadores aportan puntas de potencia.

¿Qué es un supercondensador? Para comprender el concepto, es necesario saber qué es un condensador. Se trata de dispositivos electrónicos que pueden almacenar cargas eléctricas y liberarlas con extraordinaria rapidez. De esta forma, generan corrientes eléctricas muy intensas durante décimas o centésimas de segundo.

En los supercondensadores, se aumenta la superficie efectiva de los conductores. De esta forma, alcanzan capacitancias cien millones de veces mayores que los condensadores convencionales. Además, cambia su rapidez de respuesta y su estabilidad.

Contenido recomendado: Autoconsumo fotovoltaico | Qué es, tipos, usos y normativa

Volantes de inercia

Almacenamiento de energía volante

Los volantes de inercia son dispositivos de almacenamiento de energía mecánica. Consiste en un disco metálico que comienza a girar cuando se le aplica un par motor. Mientras da vueltas, se le intenta frenar con un par resistente. Así, conserva la energía eléctrica en forma cinética.

Son elementos pasivos que sólo aportan al sistema una inercia adicional. Así, puede continuar su movimiento por inercia cuando cesa el par motor que lo propulsa. Este dispositivo se opone a las aceleraciones bruscas de un movimiento rotativo. Así, se utiliza para suavizar el flujo de energía entre una fuente de potencia y su carga.

Este sistema es usado en los automóviles, especialmente, en los de carreras. Sin embargo, también puede usarse en el almacenamiento de electricidad de turbinas eólicas o paneles solares. Adicionalmente, puede aprovecharse la energía mecánica para bombear agua en sitios remotos.

Pilas de combustible de hidrógeno

Hidrógeno verde aplic

Las pilas de combustible de hidrógeno son un tipo de almacenamiento químico continúo. El hidrógeno se describe, usualmente, como el combustible del futuro, dado que puede producir electricidad de forma renovable. Las pilas se diferencian de las baterías en que son constantemente abastecidas por el hidrógeno desde el exterior. Así, pueden ser usadas constantemente.

Estas pilas de combustible pueden producir energía prácticamente sin contaminar. Son convertidores de energía, por lo que transforman la energía química almacenada en los reactantes en energía eléctrica. Esta corriente alimenta distintos dispositivos. Lo particular del dispositivo, que lo diferencia de los motores de combustión, es que se puede transformar la energía química en eléctrica sin tener que pasar por la energía térmica y mecánica. Esto le da más eficiencia.

En este sistema, se suministra hidrógeno al ánodo, y se divide en protones y electrones. Los protones migran hacia el cátodo de la pila a través de la membrana. Allí, reaccionan con el oxígeno presente en el aire para formar vapor de agua. Por su parte, los electrones, fuera de la batería, suministran energía eléctrica con un voltaje individual para cada célula. Las pilas de combustible operan en rangos entre 230 a 260 voltios.

Te podría interesar: Coches de hidrógeno | Cómo funcionan, ventajas, desventajas, modelos en el mercado

Palabras finales

De acuerdo con Bloomberg, la demanda total de baterías será de 4.584 GWh para 2040. Este pronóstico nos presenta dos realidades. La primera de ellas es que la transición energética no solo continuará, sino que se acelerará en los próximos años. La segunda es que el almacenamiento energético se convertirá en una gran oportunidad de inversión para los fabricantes.

Más allá de esto, el desarrollo de este sector será clave para lograr un futuro energético sostenible. La llegada de nuevas formas de almacenamiento, mejoradas y optimizadas, y, sobre todo, más baratas, puede significar un impulso importante en el desarrollo de las energías renovables. Ayudaría a contrarrestar su variabilidad e inconstancia, lo que facilitaría aún más su crecimiento. En otras palabras, en el desarrollo del almacenamiento encontraremos el siguiente paso para un mundo más verde.

DEJA UNA RESPUESTA

Please enter your comment!
Please enter your name here