El
almacenamiento energético consiste en conservar energía generada para liberarla cuando se requiera.
- A gran escala con: hidroeléctrica reversible y almacenamiento térmico;
- Almacenamiento en redes: con pilas y baterías, condensadores y superconductores, así como volantes de inercia;
- A nivel del consumidor final: con baterías, superconductores y volantes de inercia.
Con la
caída de los costos de las tecnologías de generación de energía renovable, el
enfoque se está moviendo cada vez más a la siguiente etapa de la transición
energética, lo que lleva a un cambio en el énfasis hacia un enfoque de sistema
de energía que busca integrar diferentes tecnologías y sectores. Esto, a su
vez, minimizará el costo de la transición a un futuro energético en el que las
energías renovables variables y los vehículos eléctricos desempeñarán un papel
cada vez más importante.
Este
cambio en la dinámica a medida que se acelera la transición energética ha
servido para destacar numerosas tecnologías nuevas, diseños de mercado, modelos
de negocio y "sistemas de pensamiento" a nivel del sector energético
que serán necesarios, y serán económicos, en esta segunda fase de la transición.
energía El papel de los sistemas de almacenamiento de energía de la batería
(BESS) para aplicaciones estacionarias y de transporte está ganando
importancia. El almacenamiento de energía implica convertir la energía de
formas que son difíciles de almacenar en formas más convenientes o
económicamente almacenables.
La
fuente más grande y la mayor reserva de energía renovable son las represas
hidroeléctricas. Un gran depósito detrás de una presa puede almacenar
suficiente agua para medir el flujo anual de un río entre las estaciones seca y
lluviosa. Un depósito muy grande puede almacenar suficiente agua para medir el
flujo de un río entre los años secos y húmedos. Si bien una planta
hidroeléctrica no almacena directamente energía de fuentes intermitentes,
equilibra la red al reducir su producción y retener el agua cuando la energía
es generada por energía solar o eólica.
Tecnologías
de almacenamiento
Algunas
tecnologías proporcionan almacenamiento de energía a corto plazo, mientras que
otras pueden durar mucho más. El almacenamiento de energía a granel está
dominado actualmente por represas hidroeléctricas, tanto convencionales como
bombeadas.
Ejemplos
comunes de almacenamiento de energía son la batería recargable, que almacena
energía química fácilmente convertible en electricidad para operar un teléfono
celular, la presa hidroeléctrica, que almacena energía en un depósito como
energía potencial gravitacional, y tanques de almacenamiento de hielo, que
almacenan hielo. congelado para obtener energía más barata durante la noche
para satisfacer la demanda máxima de enfriamiento durante el día.
En la
carrera por la próxima generación de baterías, la tecnología de iones de litio
ha dado grandes saltos en los últimos años. Pero los paquetes de energía continúan
teniendo desventajas: usan materias primas extraídas en países inestables, son
peligrosos si se rompen y pueden acumular más energía.
Resolver
estos acertijos es el foco de cientos de empresas y miles de científicos de
todo el mundo. Y en este campo abarrotado, Tesla Inc., conjuntamente con un
multimillonario francés y un startup en Massachusetts, están avanzando en un
proyecto colaborativo.
Lo que
sigue son algunas de las tecnologías que mejoran el rendimiento, almacenan más
energía y duran más a un costo menor. Miles de millones, actualmente, se invierten
en investigación:
Reducción de cobalto
Los fabricantes
de baterías están trabajando para reducir la cantidad de cobalto en sus
dispositivos al mínimo necesario para controlar los costos y el riesgo de
reputación. El problema del cobalto es que se extrae principalmente en la
República Democrática del Congo, un país que ha sido zona de conflicto durante
décadas. Aunque la mayor parte del material se extrae en minas comerciales, se
estima que alrededor del 15% proviene de minas artesanales que a menudo
utilizan mano de obra infantil.
Baterías más seguras
Las pérdidas de
batería son a menudo noticia porque los paquetes de energía pueden incendiarse.
Los incidentes con el teléfono inteligente Samsung y el Boeing Dreamliner son
difíciles de olvidar. Las baterías de los vehículos eléctricos también son
susceptibles a esto en caso de un accidente que pinche el paquete de energía.
La razón de esto es el electrolito líquido. Es una solución inflamable que
transporta la carga de un extremo de la batería al otro. Si tiene fugas, puede
encenderse.
Para evitar esto,
los fabricantes de baterías están tratando de cambiarlas por un material
sólido.
Densidad de energía
El objetivo final
de una batería es poner la máxima cantidad de energía en un espacio muy pequeño
y ligero. Aquí es donde entra la densidad de energía. Cuanta más energía pueda
almacenar una batería, mayor será el alcance del automóvil y más tiempo puede
durar un teléfono o una computadora portátil entre cargas. El peso también es
clave. Cuanto más ligera es la máquina, menos energía se necesita para la
propulsión. Esto es especialmente importante para los vehículos, los drones y
la incipiente industria de los aviones eléctricos.
Los fabricantes
de baterías están tratando de aumentar la densidad de energía haciendo que el
ánodo, la parte de la batería con carga negativa, tenga otros materiales.
Actualmente es grafito, el material en lápiz. Los investigadores están
reemplazando partes con silicio y un tipo de litio conocido como metal de
litio. Las baterías convencionales contienen el elemento en forma de sal, pero
también hay una versión que es de metal, que suele ser menos estable.
Al cambiar de
grafito a silicio, es posible reducir significativamente la cantidad de
materiales necesarios para construir estos ánodos.
Grafeno, un nuevo paso en el
almacenamiento de energía
Al utilizar
electrolitos pastosos a base de grafeno, estas baterías tienen un entorno de
fabricación menos exigente. Logrando una capacidad de litio del 60 % y 12 veces
más rápido, ofrecemos un futuro para los vehículos eléctricos.
Carga rápida de la batería
las baterías de
carga rápida reducen el tiempo de carga a unos pocos minutos.
Transferencia segura de energía
el acoplamiento
magnético permite una transferencia segura de energía entre vehículos.
Energía compartida
las baterías que
se cargan en minutos y la transferencia segura de energía le brindan la
oportunidad de transferir energía mientras se detiene en un semáforo.
Células basadas en grafeno
a pequeña escala
que reutilizan carcasas de baterías existentes El equipo de investigación
evolucionó de células de laboratorio a un paquete estandarizado comercialmente.
Los primeros prototipos se construyeron en un formato comercial.
En el futuro, los
vehículos eléctricos que estén conectados a la red eléctrica a menudo podrán
suministrar energía eléctrica almacenada, que se puede cargar previamente desde
la red o que puede haber sido alimentada por energía solar en el propio
vehículo, desde sus baterías a la red cuando sea necesario.
Necesidad
de almacenamiento de energía
La demanda
mundial por energía está aumentando a un ritmo masivo debido a factores como la
rápida urbanización, la industrialización y el creciente aumento de la
población mundial. Como resultado, se anticipa que la necesidad de
almacenamiento de energía seguirá siendo fuerte para suministrar energía de
manera oportuna y eficiente al usuario final requerido. La demanda de
tecnologías de almacenamiento de energía eficaces y avanzadas también está
aumentando debido al desarrollo de los recursos energéticos renovables, la
mejora de las redes de distribución de servicios públicos obsoletas y los
mayores costos de demanda de energía.
Los sistemas de
almacenamiento de energía (ESS) permiten administrar cuándo y cómo se usa su
energía. Los (ESS) han surgido como una tecnología prometedora y versátil que
puede brindar soluciones a muchos desafíos de la red eléctrica. Sin la
capacidad de almacenar grandes cantidades de energía, los sistemas de energía
convencionales dependían de igualar la oferta y la demanda en tiempo real. Sin
embargo, con los avances recientes en la tecnología de almacenamiento y las
significativas reducciones de costos, el almacenamiento de energía nunca ha
sido más sencillo.
Hay una amplia variedad de aplicaciones para el almacenamiento de energía, que incluyen:
- Gestión de Facturas Eléctricas
- Consumo de Generación In Situ
- Respuesta de la demanda
- Soporte de energía de respaldo/microrred
- Servicios Auxiliares
Los sistemas
avanzados de almacenamiento de energía permiten a los usuarios almacenar el
exceso de energía para utilizarlo en un momento posterior. Los sistemas son
recargables y permiten el almacenamiento de energía electroquímica, mecánica,
térmica y solar.
Almacenamiento
avanzado de energía
El almacenamiento
de energía avanzado se refiere al proceso de almacenar electricidad después de
convertirla en energía. La energía se convierte de nuevo en electricidad para
su uso posterior. Las tecnologías avanzadas de almacenamiento de energía
acumulan energía de diferentes fuentes y la almacenan en diferentes medios
durante un período de tiempo antes de suministrarla a los servicios de
suministro de energía. Se compone de tecnologías de almacenamiento de energía
convencionales y novedosas, como la energía hidráulica bombeada, el
almacenamiento en baterías, el volante de inercia, la energía térmica y el
almacenamiento de hidrógeno.
Las funciones
clave que desempeñan los sistemas de almacenamiento de energía en las redes
eléctricas incluyen el cambio de hora para administrar las cargas máximas,
proporcionar calidad de energía al ayudar en la regulación de frecuencia,
mitigar la congestión de energía en las redes y suministrar energía de manera
uniforme en la generación distribuida. También se utilizan como fuente de
energía primaria en vehículos eléctricos. Los factores que impulsan el mercado
de sistemas de almacenamiento de energía incluyen oportunidades de arbitraje de
energía, el aumento de las instalaciones de energía renovable y el crecimiento
del mercado de vehículos eléctricos a nivel mundial.
La tecnología de
almacenamiento de energía se utiliza para almacenar el excedente de
electricidad que se puede utilizar durante la escasez de energía, los apagones
y las horas pico de demanda. La creciente demanda de electricidad en todo el
mundo, junto con la necesidad inminente de reducir la brecha entre la oferta y
la demanda, ha llevado a las empresas de servicios públicos a adoptar
almacenamiento de energía avanzado.
El
almacenamiento de energía y Sunthereum
Como se deduce
del estudio de IRENA[i] “Electricity Storage and Renewables:
Costs and Markets to 2030”, el almacenamiento de energía tomará una relevancia
muy elevada en el futuro desarrollo de las energías renovables, especialmente
dentro de la década de 2030. Transcribimos la presentación del informe
efectuada por Mr. Adnan Z. Amin, director general de IRENA:
“Es realmente
notable la diferencia que pueden marcar cinco años en la transformación en
curso del sector energético. Recientemente, en 2012, las preguntas sobre los
altos costos de generación aún eclipsaban el aumento de la energía solar y
eólica. Pero lo que ya estaba claro, para quienes observaban de cerca, era que
las economías de escala, las mejoras tecnológicas, una mayor competencia en las
cadenas de suministro y las condiciones políticas adecuadas habían iniciado un
proceso continuo, reduciendo el costo de la electricidad de estas fuentes.
Hoy en día, la
competitividad de las opciones de generación de energía renovable es cada vez
más evidente para todos. Sin embargo, el arduo trabajo continúa, ya que los
gobiernos, la industria y los inversores planifican la siguiente etapa de la
transformación energética. Esto implica discusiones proactivas para crear
nuevas políticas, regulaciones, estructuras de mercado y estrategias de la
industria, particularmente para apoyar la integración estable de la mayor
participación posible de generación de energía a partir de energías renovables
variables (es decir, solar y eólica). También se necesitan estrategias para
descarbonizar los usos finales, desde el transporte y la industria hasta los
edificios en los que vivimos y trabajamos.
Esto trae el
papel del almacenamiento de electricidad, y en particular los sistemas de
baterías, al centro del escenario. El almacenamiento, desde las baterías de los
sistemas solares domésticos hasta las de los vehículos eléctricos, será crucial
para acelerar el despliegue de energías renovables. También puede proporcionar
parte de la flexibilidad que necesitarán los futuros sistemas eléctricos para
adaptarse a la disponibilidad fluctuante de la energía solar y eólica. A más
largo plazo, a medida que los países se esfuercen por reducir
significativamente las emisiones de la generación de energía, la importancia
del almacenamiento seguirá aumentando.
Aunque el
almacenamiento hidroeléctrico por bombeo domina la capacidad total de
almacenamiento de electricidad en la actualidad, los sistemas de almacenamiento
de electricidad en baterías se están desarrollando rápidamente con costos
decrecientes y un rendimiento mejorado. Para 2030, los costos instalados de los
sistemas de almacenamiento de baterías podrían caer entre un 50 y un 66 %. Como
resultado, los costos de almacenamiento para respaldar los servicios
auxiliares, incluida la respuesta de frecuencia o la reserva de capacidad,
serán drásticamente más bajos. Esto, a su vez, seguramente abrirá nuevas
oportunidades económicas.
La tecnología de
almacenamiento de baterías es multifacética. Si bien las baterías de iones de
litio han atraído la mayor atención hasta ahora, otros tipos se están volviendo
cada vez más rentables. Como indica el presente informe, el almacenamiento de
baterías en aplicaciones estacionarias está a punto de crecer al menos 17 veces
para 2030.
Tenemos las
tecnologías y tenemos una plantilla para el éxito. El crecimiento de la
industria, el acceso a nuevos mercados y las políticas de apoyo continuado
donde sea necesario pueden hacer que la energía almacenada sea altamente
competitiva, como antes la energía solar y eólica. A medida que los gobiernos
ponen a trabajar las fuerzas del mercado, el almacenamiento de electricidad
está preparado para desempeñar un papel decisivo en la transición hacia un
futuro energético sostenible.”
Los ESS
forman parte del presente y son elementos estrictamente necesarios para la
evolución del sector energético al nuevo paradigma que está llegando y que
plasmamos en Sunthereum.
Los siete
pilares de Sunthereum son necesarios para el desarrollo de los posteriores
pilares dando todos ellos robustez al nuevo paradigma de la energía. Sin cada
uno de ellos la estabilidad del paradigma en su totalidad no sería la misma,
por lo que todos son estrictamente necesarios, especialmente en las fases
iniciales del proceso de consolidación.
Muy posiblemente
en las próximas décadas, cuando se consoliden los pilares superiores de la
pirámide Sunthereum, los elementos de la base serán requeridos como base
conceptual, pero superados en sus modelos por el desarrollo de los pilares que
representaran la consolidación del nuevo paradigma para el desarrollo de la
humanidad de forma sostenible y con un entorno energético plenamente
equilibrado y consolidado.
[i] https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2017/Oct/IRENA_Electricity_Storage_Costs_2017.pdf
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