Innovación

Un estudio de Harvard cuestiona el apoyo generalizado al almacenamiento de energía a granel

Un estudio de Harvard cuestiona el apoyo generalizado al almacenamiento de energía a granel

Embalse Marchlyn Mawr [Fuente de imagen:Hefin Owen, Flickr]

El alto costo y la inmadurez técnica de los sistemas de almacenamiento de electricidad a granel (BES), como el almacenamiento hidráulico por bombeo (PHS), las baterías, el aire líquido, los volantes e hidrógeno, a menudo se han mencionado como desafíos importantes para la mayor penetración de tecnologías de energía renovable, tales como como energía eólica y solar. Sin embargo, ¿es realmente necesario el despliegue de estas tecnologías en la etapa actual de despliegue mundial de energías renovables? Un nuevo estudio realizado por científicos de la Universidad de Harvard ha descubierto que esta suposición es seriamente errónea y que una gran cantidad de capacidad de almacenamiento de energía no es necesariamente un requisito previo para el despliegue de energías renovables con el fin de lograr reducciones en las emisiones de gases de efecto invernadero. De hecho, el estudio encuentra que es posible multiplicar por diez las tecnologías como la energía eólica y solar sin tener que depender en absoluto del almacenamiento.

Actualmente, BES no es económico en los mercados eléctricos con una baja penetración de las energías renovables y los bajos precios del gas natural. Su despliegue limitado significa que los factores técnicos y económicos no se comprenden claramente, mientras que la rentabilidad en el apoyo a las energías renovables está obviamente limitada por las variaciones en los parámetros económicos y de ingeniería de BES. Hasta ahora, no se ha implementado a gran escala ninguna tecnología BES, con la excepción del almacenamiento de agua por bombeo (PHS). De los 141 gigavatios existentes de capacidad global de almacenamiento eléctrico, el 99 por ciento es PHS.

El profesor David Keith, profesor Gordon McKay de Física Aplicada en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS) John A. Paulson de Harvard y profesor de política pública en la Escuela Kennedy de Harvard y el estudiante graduado de SEAS Hossein Safaei, por lo tanto, intentó descubrir qué cantidad de almacenamiento de electricidad ', es económicamente eficiente al utilizar un modelo simple para evaluar la economía de BES bajo restricciones de emisiones de carbono. El almacenamiento puede proporcionar una variedad de servicios además del almacenamiento de electricidad durante varias horas, como la regulación de frecuencia para respaldar la integración en la red. En cambio, Keith y Safaei optaron por limitar su análisis a BES utilizando el modelo para evaluar el papel de los costos de capital, que son el determinante más importante de su viabilidad económica.

Sistema de almacenamiento de energía basado en baterías [Fuente de imagen: Portland General Electric, Flickr]

El trabajo anterior en este campo ha examinado la economía de tecnologías específicas de BES en comparación con las turbinas de gas en redes bajas en carbono. La razón para hacerlo es que el gas genera bajas emisiones de carbono en comparación con el carbón, además de tener una alta flexibilidad operativa y bajos costos de capital. Varios estudios también han examinado la competitividad de las tecnologías de almacenamiento a nivel de red, utilizando modelos complejos de grado de utilidad para tener en cuenta las características específicas de la red y sus diversos requisitos de fiabilidad. El problema es que la literatura existente sobre este tema no responde a la pregunta paramétrica "qué pasaría si" con respecto a los parámetros de precio y rendimiento involucrados donde se espera que BES apoye las energías renovables para lograr recortes profundos de emisiones en el sector eléctrico.

Keith y Safaei utilizaron datos de carga y viento del mundo real para construir el modelo. Optimizaron el tamaño y el orden de despacho de la flota de generación para minimizar el costo del suministro de electricidad bajo una variedad de costos de BES y restricciones de emisiones de gases de efecto invernadero. También eligieron un análisis de campo nuevo en lugar de considerar la capacidad existente para enfocarse exclusivamente en reducciones profundas de emisiones en las que todas las plantas de energía de carbón están retiradas o, alternativamente, tienen modificaciones de carbono, captura y almacenamiento (CCS). Otro factor en esta decisión fue la probabilidad de que tales reducciones profundas probablemente no ocurran hasta que la flota existente se acerque al final de su vida económica. También se ignoraron los costos de transmisión y las limitaciones.

Se probaron varias opciones de suministro eléctrico, incluidas las de viento, turbinas de gas y GES. Keith y Safaei también utilizaron una fuente genérica de carbono cero expedible (DZC) como un sustituto de las plantas de combustibles fósiles con captura de carbono o plantas nucleares. Los dos científicos revisaron los costos de las tecnologías BES seleccionadas, así como la sensibilidad del costo de la electricidad al rendimiento del almacenamiento bajo una variedad de restricciones de emisiones.

Granja eólica [Fuente de imagen: Chrishna, Flickr]

El estudio encontró que el despliegue generalizado de BES para el almacenamiento a escala de red no es un requisito previo para aumentar drásticamente la cantidad de energía renovable y que, por lo tanto, no es necesaria una justificación económica para el almacenamiento estacional. El estudio también confirmó que las energías renovables intermitentes se pueden implementar para descarbonizar el suministro de electricidad con solo un requisito proporcionalmente pequeño para BES. Solo se requiere una BES sustancial cuando la intensidad de las emisiones de carbono alcanza menos del 30 por ciento del promedio actual de los EE. UU. Con el retiro generalizado de las plantas de combustibles fósiles.

"No hay duda de que sería mejor tener más y mejor almacenamiento y que una estrategia sensata a largo plazo para la red tendrá mucho más almacenamiento que hoy", dijo el profesor Keith, hablando con The Harvard Gazette. "Pero no tiene que esperar a eso antes de implementar más energías renovables variables".

Safaei, actualmente empleado como director asociado en IHS Energy, agregó que, en la actualidad, el bajo costo de capital, además de un buen desempeño en emisiones, hace que las turbinas de gas sean candidatos importantes y rentables para la mitigación de carbono. Además, las tecnologías de generación de carbono cero despachables, como la energía hidroeléctrica, la nuclear y la biomasa, se pueden implementar en lugar de, o junto con, las energías renovables intermitentes ".

Sally M. Benson, profesora de ingeniería de recursos energéticos y directora ejecutiva del Proyecto de Energía y Clima Global de la Universidad de Stanford, que no participó en el estudio, describió el hallazgo como "buenas noticias". Dijo que se necesita más tiempo e investigación y desarrollo para disminuir el costo del almacenamiento a granel y aumentar la producción.

Jay Apt, profesor de tecnología y codirector del Centro de la Industria de la Electricidad de la Universidad Carnegie Mellon, dijo que el estudio de Harvard confirma claramente que “el costo de eliminar la contaminación de la generación eléctrica es más bajo cuando se aplica una estrategia que incluye todo lo anterior usado."

Keith y Safaei esperan que el estudio ayude a informar a los gobiernos mundiales, tanto en las decisiones de inversión en I + D como en las políticas gubernamentales.

"Estamos tratando de eliminar un meme político destacado que dice que no se pueden cultivar energías renovables variables sin un aumento proporcional del almacenamiento", dijo Keith. “Podríamos reducir las emisiones de carbono del sector eléctrico a menos de un tercio [de] sus niveles actuales utilizando energías renovables variables con gas natural para gestionar la intermitencia, pero esto requerirá que sigamos aumentando la infraestructura de transmisión de electricidad. Hay un corte entre transmisión y almacenamiento; si las batallas de ubicación detienen la transmisión nueva, debemos aumentar el almacenamiento ".

El estudio fue publicado el lunes 23rd Septiembre en la revista Energy & Environmental Science y fue financiado por Bill Gates a través del Fund for Innovative Climate and Energy Research.

Ver el vídeo: Alternativas de ingreso y apoyos en educación superior para estudiantes con discapacidad (Octubre 2020).