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Apoyo a las energías renovables: el futuro parece prometedor para el almacenamiento de energía

Apoyo a las energías renovables: el futuro parece prometedor para el almacenamiento de energía

Área de prueba de alto voltaje y área de prueba de transformador en el exterior del Laboratorio de Almacenamiento de Energía (ESL), Bahía 3 en la Instalación de Integración de Sistemas de Energía (ESIF) en el Laboratorio Nacional de Energía Renovable. [Fuente de imagen: Dennis Schroeder / NREL]

El almacenamiento de energía se está convirtiendo cada vez más en una parte vital del despliegue de tecnologías de energía renovable, en gran parte debido a la naturaleza intermitente de ciertos sistemas de energía renovable, en particular la eólica y la solar, que rara vez generan energía cuando hay más demanda. Por tanto, la función del almacenamiento de energía es contrarrestar los desequilibrios provocados por esta intermitencia.

En la actualidad, las empresas de servicios públicos utilizan plantas de carga base para mantener el suministro. Muchas de ellas son plantas nucleares y de carbón y están respaldadas por plantas de seguimiento de carga o "cíclicas", que suelen ser de gas natural o hidroeléctricas.

La energía almacenada tiene la ventaja de estar disponible más rápidamente que una turbina que se enciende, almacena el exceso de energía y la libera cuando es necesario. Hasta ahora, la forma dominante de almacenamiento de energía ha sido la hidroeléctrica de bombeo, basada en depósitos donde el agua pasa a través de generadores que convierten el potencial energético en electricidad. Cuando la demanda es baja, el exceso de capacidad de generación se utiliza para bombear agua desde un nivel inferior a un depósito superior. Cuando aumenta la demanda, el agua se devuelve al depósito inferior, pasando por una turbina que genera la electricidad. Este enfoque está más asociado con países como Noruega, partes de los EE. UU. Y Gales. En Noruega, el almacenamiento por bombeo tiene una capacidad instantánea de 25-30 GW, que se puede ampliar a 60 GW.

En la actualidad, al menos 140 GW de almacenamiento de energía a gran escala están instalados actualmente en las redes eléctricas de todo el mundo, la gran mayoría de los cuales (99 por ciento) consiste en agua de bombeo (PSH) y el resto consiste en una mezcla de batería, comprimida. almacenamiento de energía del aire (CAES), volantes e hidrógeno. La descarbonización del sector eléctrico requeriría aproximadamente 310 GW de almacenamiento adicional de electricidad conectada a la red en los EE. UU., Europa, China e India, según Energy Technology Perspectives (ETP) 2014.

Sin embargo, hay cada vez más debates globales sobre, en primer lugar, en qué circunstancias particulares el almacenamiento de energía es realmente necesario para apoyar la integración de la energía renovable y, en segundo lugar, qué tipos de tecnología de almacenamiento de energía es probable que veamos que supere la investigación y el desarrollo. proceso hasta la comercialización.

Por ejemplo, con respecto a la primera pregunta, Amory Lovins del Rocky Mountain Institute en Colorado, EE. UU., Sostiene que el almacenamiento de energía puede no ser realmente necesario.

Además, a pesar de todas las críticas a la energía solar y eólica de algunos sectores del sector energético, un estudio realizado por científicos de la Universidad de Stanford en marzo de 2014 encontró que la energía eólica en realidad puede producir suficiente electricidad excedente para soportar hasta 72 horas de energía almacenada.

El parque eólico de Rio Grande do Sul en Brasil [Fuente de imagen: Eduardo Fonseca, Flickr]

Esto significa que la industria eólica podría hacer frente fácilmente a las pausas de tres días en la disponibilidad de viento y, por lo tanto, podría crecer y mantenerse con la ayuda del almacenamiento de energía. Sin embargo, se requiere más trabajo para la energía solar, ya que algunas tecnologías solares, como el silicio cristalino, están creciendo tan rápido que se están convirtiendo en sumideros netos de energía, que en esencia consumen más energía de la que devuelven a la red. El estudio de Stanford mostró que la mayoría de las tecnologías fotovoltaicas solo pueden permitirse hasta 24 horas de almacenamiento, pero esto aún significa que los sistemas fotovoltaicos solares se pueden implementar con suficiente almacenamiento para suministrar electricidad por la noche.

Otra ventaja de la eólica es que el retorno de la inversión energética (EROI) es mucho mejor que el de la solar, ya que un aerogenerador puede generar suficiente electricidad en pocos meses para amortizar toda la energía necesaria en su construcción. Con la energía solar, el tiempo de amortización es de dos años.

Aún más alentador es el hecho de que, si resultara que se requiere almacenamiento de energía, en la actualidad se están desarrollando todo tipo de tecnologías novedosas, muchas de las cuales parecen muy prometedoras.

Además de estas nuevas tecnologías, hay algunas ideas innovadoras muy interesantes que están siendo presentadas por una serie de personas con gran experiencia en el sector. Tomemos, por ejemplo, el blog del científico escocés anónimo que aboga por una solución de almacenamiento única que almacenaría energía solar y eólica mediante el uso de bolsas llenas de hidrógeno bajo el agua.

Scottish Scientist sostiene que los paneles fotovoltaicos se pueden montar en plataformas, ya sea individualmente o repartidos en los espacios entre las turbinas de los parques eólicos. Los paneles fotovoltaicos se mantendrían por encima del nivel del agua pero por debajo del nivel en el que su presencia interferiría con el flujo del viento. Luego, el gas hidrógeno se utilizaría para almacenar la energía generada por las plataformas de energía renovable.

El fascinante concepto de almacenamiento de energía eólica, solar y de hidrógeno flotante de Scottish Scientist (Imagen: Scottish Scientist)

La forma en que funcionaría es la siguiente. El excedente de energía eléctrica eólica y solar se enviaría por un cable submarino para alimentar la electrólisis submarina de alta potencia, que luego se usaría para producir hidrógeno comprimido. Esto se almacenaría en bolsas de gas inflables submarinas, para ser conducidas desde la bolsa de gas hasta la plataforma donde alimentaría generadores de turbinas de gas o celdas de combustible de hidrógeno, generando electricidad a pedido en todos los climas.

Las bolsas de aire ya se utilizan en trabajos de buceo y salvamento y están disponibles en volúmenes de hasta 50 metros cúbicos. Por lo tanto, sostiene Scottish Scientist, debería ser posible hacer bolsas de gas mucho más grandes o montar varias bolsas de gas juntas.

Este tipo de enfoque se realiza mucho mejor en mares más profundos porque la presión del agua es proporcional a la profundidad, lo que permite que el hidrógeno se comprima más densamente. Esto permitiría almacenar más hidrógeno y más energía en las bolsas de gas inflables. Mientras tanto, el oxígeno del proceso de electrólisis podría simplemente burbujear o almacenarse para aumentar la eficiencia del sistema y, al mismo tiempo, reducir los subproductos de la combustión de óxido de nitrógeno producidos por los generadores de hidrógeno.

La electrólisis submarina tendría que usar una solución de electrolito personalizada para producir oxígeno como gas de ánodo, porque la electrólisis directa del agua de mar produce gas de cloro en el ánodo. Esto es venenoso y difícil de eliminar. Por lo tanto, la solución de electrolito concentrada tendría que estar separada del agua de mar por una membrana semipermeable, permitiendo que el agua pura pase a través de ella por ósmosis del agua de mar diluida.

Dada la presión ejercida por el mar bajo el agua, no habría necesidad de un recipiente de contención de alta presión para el electrolito, como lo requieren los sistemas de electrólisis de alta presión que operan en la superficie. La membrana semipermeable sería suficiente para mantener contenida la solución de electrolito.

Scottish Scientist sugiere que la energía solar en alta mar podría desplegarse frente a la costa oeste de África, entre las Islas Canarias y las Islas Caper Verde. Otra área potencial para el despliegue de este sistema podría estar en algún lugar de España o en el Mediterráneo. La electricidad sería transportada desde estas áreas por interconectores submarinos, como ocurre con los parques eólicos marinos.

Los mares profundos, necesarios para el almacenamiento de hidrógeno, digamos de una profundidad superior a 4.000 metros, se pueden encontrar principalmente en áreas particulares del Océano Atlántico, al suroeste del Golfo de Vizcaya. Sobre esta base, Scottish Scientist sostiene que un área particularmente adecuada para este tipo de operación, podría estar justo al oeste y suroeste de las Islas Canarias y al norte de las Islas de Cabo Verde. Sin embargo, esto puede no estar lo suficientemente cerca para abastecer a Europa Occidental, dados los costos de cables de interconexión más largos.

Inevitablemente, esta idea ha recibido algunas críticas. Por ejemplo, uno de los comentarios del blog sugiere que las bolsas de aire podrían tener fugas. Sin embargo, Scottish Scientist argumenta que la presión fuera de la bolsa siendo la misma que en el interior evitaría esto. En esencia, la única forma de que las moléculas de gas, o los átomos en el caso del helio, se filtren a través del airbag, sería por difusión, que requiere un gradiente de presión para superar la barrera de energía. El mismo comentario objeta que la contrapresión del hidrógeno, también presente en el agua, sería muy baja y que debido a que las moléculas de hidrógeno son tan pequeñas, se difundirán a través de la mayoría de los materiales.

En respuesta a esto, Scottish Scientist sugiere que se podrían utilizar experimentos con bolsas de buceo llenas de hidrógeno para evaluar esta posibilidad y recopilar más datos. Otro comentario en el blog observa que ya existen patentes para membranas poliméricas cargadas iónicamente que superarían cualquier problema relacionado con la difusión de gas fuera de la bolsa. Además, los desafíos asociados con el almacenamiento de hidrógeno se están abordando mediante estructuras orgánicas metálicas (MOF), compuestos que consisten en iones metálicos o grupos coordinados con moléculas orgánicas que forman estructuras unidimensionales, bidimensionales o tridimensionales que podrían usarse para el almacenamiento de gases. como hidrógeno y dióxido de carbono.

El científico escocés continúa afirmando que la diferencia de presión a través de la pared de la bolsa variaría desde "ninguna en absoluto, en la parte inferior de la bolsa de gas, hasta la diferencia de presión de agua entre la presión de agua más alta en la parte inferior de la bolsa". a la presión de agua más baja y la parte superior de la bolsa, de acuerdo con la diferencia de altura a razón de una atmósfera de diferencia por cada 10 metros. Entonces, para una diferencia de altura de 5 metros entre la parte inferior y superior de la bolsa de gas, la diferencia de presión sería de 0,5 atmósferas en la parte superior de la bolsa ".

En otras palabras, el gradiente de presión sería bastante bajo.

Otro problema potencial sería la distancia a través de la cual se transportará la electricidad. Scottish Scientist sugiere que esto se superaría con el desarrollo de líneas de transmisión de voltaje aún mayor. Además, la integración de la energía solar fotovoltaica con turbinas eólicas y el almacenamiento de energía en una ubicación remota también permitiría el desarrollo de un sistema combinado de generación de electricidad que a su vez proporcionaría la máxima capacidad de potencia de la línea de transmisión.

Las discusiones y debates sobre ideas como esta inevitablemente continuarán durante muchos años todavía. Sin embargo, esta discusión en particular es ilustrativa del pensamiento innovador que se está llevando a cabo actualmente con respecto al almacenamiento de energía, y esto es solo el hidrógeno que se está discutiendo aquí; hay muchas otras ideas prometedoras que se están investigando utilizando una gran variedad de enfoques diferentes. Sume todo eso y parece que se va a desarrollar un mercado muy interesante para las tecnologías de almacenamiento de energía en los próximos años, si es que todavía no lo ha hecho.

Pero veamos esto con un poco más de detalle. ¿Qué está pasando ya?

Recientemente, el 19 de eneroth este año, IHS anunció que las reducciones en el costo de las baterías, junto con los programas de financiamiento del gobierno y las licitaciones de servicios públicos, han llevado a un aumento del 45 por ciento en la cartera de almacenamiento de energía global durante el cuarto trimestre de 2015 (Q4) en comparación con el trimestre anterior , alcanzando 1,6 GW en el cuarto trimestre de 2015.

El anuncio de varios grandes proyectos a finales de 2015 muestra que la industria del almacenamiento está comenzando a pasar de la etapa de investigación y desarrollo, que incluye proyectos de demostración, a proyectos comercialmente viables. Estos incluyeron un pedido de 90 MW por STEAG para el mercado de reserva primaria en Alemania y 75 MW de contratos adjudicados por PG&E a una gama de empresas que utilizan diversas tecnologías establecidas y emergentes.

IHS espera que aproximadamente 900 MW de proyectos globales de baterías conectadas a la red se pongan en marcha en 2016, lo que respaldará una duplicación prevista del almacenamiento de energía global instalado conectado a la red. De las instalaciones planificadas, el 45 por ciento de ellas estará en Estados Unidos y otro 20 por ciento en Japón.

Desafortunadamente, este es un tema realmente vasto y, con respecto a la mayoría de las tecnologías fuera de las baterías y el almacenamiento por bombeo, todavía está en su infancia. Por lo tanto, una descripción general verdaderamente completa de lo que está sucediendo en el sector del almacenamiento de energía ocuparía todavía varias páginas más. Por lo tanto, espere algunos artículos más sobre almacenamiento de energía en poco tiempo, mirando un nivel más profundo de algunas de las investigaciones que se están llevando a cabo.

Ver el vídeo: 7 formas de almacenar la ENERGÍA RENOVABLE del futuro (Octubre 2020).