Los sistemas de almacenamiento energético industrial a gran escala se han revelado como una herramienta integral para las compañías energéticas y la solución idónea para garantizar un suministro eléctrico fiable a toda la población mundial, a la vez que se avanza en un modelo descarbonizado de la economía con la integración de las energías renovables no gestionables.
Con un aumento en casi el doble con respecto al nivel de 2017, la instalación de los sistemas de almacenamiento energético alcanzó en 2018 un nivel de récord, hasta superar los 8 GWh. Aunque hay países como Corea del Sur, China, Estados Unidos o Alemania que están al frente de la implementación de estas plantas, la apuesta a nivel mundial es evidente y “nuevos mercados han emergido rápidamente allí donde los gobiernos y las compañías energéticas han creado mecanismos de apoyo, incluyendo el sureste asiático y Sudáfrica, lo cual apunta a la necesidad de políticas de soporte y apoyo”, precisan Miguel Santos y Jorge Nájera, investigadores en la Unidad de Sistemas Eléctricos de Potencia del Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (Ciemat).
Efectivamente, las instalaciones de almacenamiento energético requieren de ayudas gubernamentales y un marco de mercado establecido, lo que unido al decrecimiento constante de los costes tecnológicos del almacenamiento y al auge en la fabricación de baterías para vehículos eléctricos supondría un impulso para el sector. Tanto es así, que el informe ‘Embracing the Next Energy Revolution: Electricity Storage’, de Bain & Company, estima que los sistemas de almacenamiento energético a gran escala podrían ser competitivos en costes con las plantas de recorte de picos en 2025.
Tecnologías de almacenamiento
A día de hoy existe una gran variedad de tecnologías de almacenamiento de energía, dependiendo de la forma en que esta es preservada, según enumeran los investigadores de Ciemat:
– Almacenamiento químico. Es el caso del hidrógeno, que se obtiene a partir de la electrólisis del agua. El almacenamiento de este tipo de energía se realiza en forma de H2, o de derivados del hidrógeno como los combustibles o los hidruros, y posteriormente puede ser “quemado” en pilas de combustible para producir electricidad de nuevo.
– Almacenamiento electroquímico. En forma de baterías convencionales (alcalinas, de plomo-ácido, de ion litio, etc.) o baterías de flujo.
– Almacenamiento eléctrico. La energía se almacena en forma de campos eléctricos o magnéticos en supercondensadores o bobinas superconductoras respectivamente, lo que permite una rápida respuesta en potencia, aunque no una gran capacidad de almacenamiento a largo plazo.
– Almacenamiento mecánico. Incluye el aire comprimido, aire líquido, los volantes de inercia o el hidrobombeo.
– Almacenamiento térmico. Como el almacenamiento en sales fundidas, muy utilizado en las centrales termosolares.
La inmensa mayoría de la potencia instalada (99%) la representa el hidrobombeo, incluyendo el otro 1% una combinación del resto de tecnologías donde destacan el aire comprimido y distintos tipos de baterías. Sin embargo, en los últimos años, las baterías de litio están contribuyendo notablemente a la potencia instalada anual. “Las tecnologías de almacenamiento de energía se caracterizan por su capacidad, potencia, energía y tiempo de descarga. No existe una idónea a nivel global, sino que cada una ofrece prestaciones óptimas en diferentes condiciones de potencia y tiempo de descarga”, certifican Nájera y Santos. Son, por tanto, tecnologías complementarias, “siendo la hibridación (esto es, combinación de diferentes tecnologías de almacenamiento) la solución óptima en la mayoría de los problemas reales”.
Integrar las energías renovables
Los sistemas de almacenamiento de energía se posicionan, asimismo, como actores fundamentales para acompañar a las energías renovables, ya que, como señalan los expertos de Ciemat, aumentan la participación de estas en los servicios auxiliares y servicios de regulación de red, reducen los vertidos, contribuyen a la cobertura de la demanda, disminuyen la variabilidad de la producción renovable, aseguran la producción de energía predicha, reducen los costes de operación y generación y, en definitiva, dotan de una mayor seguridad y fiabilidad al sistema eléctrico.
A nivel industrial, las combinaciones de renovable no gestionable y almacenamiento más empleadas son:
– Energía eólica + baterías/hidrógeno. Lo más usado hasta la fecha han sido baterías de Li-Ion, aunque también se han instalado con mucho éxito baterías de flujo. La opción con más futuro es la denominada power-to-gas, en la que se emplea el hidrógeno como almacenamiento.
– Energía solar térmica + sales. Hasta la fecha, las sales más usadas son mezclas de sales líquidas de nitratos sódico y potásico.
En cualquier caso, las energías renovables no gestionables cuentan con tres características principales que dificultan su integración en la red eléctrica: producción variable, predicción incierta y recurso deslocalizado, por lo que si se quiere incrementar el porcentaje de penetración de este tipo de energías hay que aumentar la flexibilidad del sistema, para evitar que estas características supongan un problema para la fiabilidad y a la calidad de la energía suministrada.
Flexibilidad del sistema energético
También existe un problema medioambiental que hay que atajar, teniendo en cuenta que la extracción y manufactura de los materiales para producir los sistemas de almacenamiento conllevan un importante gasto energético que es, en ocasiones, muy contaminante (extracción del litio).
La Agencia Internacional de la Energía publicó en 2014 una hoja de ruta en la que se identificaba el almacenamiento de energía como un elemento clave para la consecución de los objetivos de descarbonización a nivel mundial. Entonces se estimó que serían necesarios unos 310 GW adicionales de almacenamiento conectado a red para alcanzar esta meta. Se identificaron asimismo las acciones fundamentales a realizar, entre las que destacan el diseño de un marco regulatorio y un mercado que aceleren el desarrollo del sector y la inversión en I+D y en proyectos de demostración.
Fuente: Tracking Energy Integration, de la Agencia Internacional de la Energía
En esta línea, el Banco Mundial ha promovido recientemente un acuerdo que supone un compromiso de financiación de mil millones de dólares para acelerar las inversiones en almacenamiento por baterías para los sistemas eléctricos en países de renta medio-baja. El objetivo de esta inversión es el aumento de la utilización de energía eólica y solar en países en desarrollo, así como la mejora de la fiabilidad de la red, de la estabilidad y de la calidad de la electricidad, a la par que reducir las emisiones de dióxido de carbono.
Tecnologías de almacenamiento de energía
Fuente: Asociación Europea de Almacenamiento de Energía
Han colaborado en este artículo…
Jorge Nájera es ingeniero industrial con especialidad en Ingeniería Eléctrica por la Universidad Politécnica de Madrid, donde ha iniciado sus estudios de doctorado.
Es experto en el modelado de redes eléctricas de media y baja tensión, de inversores bidireccionales, de controladores de carga, así como de baterías de Li-Ion. Además, cuenta con amplia experiencia de laboratorio en la programación y operación de estaciones de carga bidireccionales de baterías y supercondensadores. Esta experiencia le ha permitido trabajar en proyectos nacionales de automóviles eléctricos como Segvauto-Tries-CM y PCB Bus. Cuenta con experiencia en Elecnor como consultor técnico en el departamento de energía.
En la actualidad es investigador en la Unidad de Sistemas Eléctricos de Potencia del Ciemat, trabajando para el proyecto europeo Seatitan.
Miguel Santos es ingeniero industrial, especialidad en Energía, por la Universidad de Valladolid. Posee además un Máster en Energías Renovables y Mercado Energético, por la Escuela de Organización Industrial de Madrid, y un Máster en Energías Renovables Marinas, por la Universidad de Strathclyde.
Es un experto en el modelado analítico de convertidores de energía undimotriz y en la evaluación tecno-económica de dispositivos de energías de olas y corrientes marinas. Además, tiene experiencia como gestor de proyectos, gracias a sus 4 años de trabajo para el tecnólogo español Wedge Global, coordinando y participando en los proyectos Undigen y Undigen+.
Entre 2017 y 2019 ha trabajado para el Policy and Innovation Group de la Universidad de Edimburgo. En la actualidad es investigador en la Unidad de Sistemas Eléctricos de Potencia del Ciemat en Madrid.
