Mucha gente conoce el almacenamiento de energía eléctrica (ESS). Si alguna vez ha utilizado una batería doméstica o un vehículo eléctrico, sabe que es posible almacenar energía eléctrica y reutilizarla posteriormente.
Con el aumento de las cargas en la red eléctrica de Estados Unidos, como el apagón de Texas en 2021, el almacenamiento de energía es más importante que nunca.
Esta sección describe cómo funciona la tecnología de almacenamiento de energía, los mejores dispositivos para el almacenamiento de energía y cómo utilizar los sistemas de almacenamiento de energía en el hogar.
¿Qué es el almacenamiento de energía?
El almacenamiento de energía es cualquier tipo de sistema físico o químico que almacena energía eléctrica para su uso posterior. Por ejemplo, las baterías aprovechan la energía química para alimentar smartphones, ordenadores portátiles y vehículos eléctricos.
Las baterías son uno de los dispositivos de almacenamiento de energía más comunes, pero no son la única opción y no siempre son rentables para proyectos a gran escala.
Además de las baterías, el almacenamiento de energía a gran escala puede lograrse utilizando la gravedad o el aire comprimido para almacenar energía.
Los sistemas de almacenamiento de energía pueden utilizarse para almacenar energía durante los cortes de suministro, o para hacer más robusta la red eléctrica local, de modo que pueda funcionar durante los periodos de alta demanda de energía.
¿Por qué es importante el almacenamiento de energía?
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La red eléctrica debe mantener una frecuencia estable (60 Hz en EE.UU.) para garantizar el flujo fluido de electricidad a las líneas de transmisión.
Si la red eléctrica produce demasiada electricidad, la frecuencia superará el límite superior. Si se produce demasiada poca, la frecuencia baja demasiado. Ambas situaciones pueden provocar apagones temporales o fallos catastróficos en la red eléctrica.
En consecuencia, puede ser necesario cerrar centrales eléctricas o desconectar regiones enteras de la red para ajustar la frecuencia.
Al integrar las baterías de almacenamiento en la red eléctrica, los reguladores tienen más opciones para equilibrar el sistema. Por ejemplo, los investigadores de la Universidad de Stanford han descubierto que la estabilización de la red puede lograrse conectando las baterías actualmente disponibles en el mercado con una duración de almacenamiento de energía de cuatro horas o menos.
¿Qué tipo de energía se almacena?
Casi toda la electricidad, independientemente de cómo se genere, puede convertirse en baterías de almacenamiento. Sin embargo, para las fuentes de energía renovables, como la eólica y la solar, el almacenamiento es especialmente importante porque su producción fluctúa con el tiempo.
Las centrales eléctricas alimentadas con combustibles fósiles, como el carbón y el gas natural, pueden funcionar las 24 horas del día y pueden añadir o eliminar fácilmente capacidad de generación según sea necesario.
La energía solar es variable y sólo produce energía cuando brilla el sol, y la energía eólica depende en gran medida de las condiciones meteorológicas.
La energía limpia produce una gran cantidad de electricidad, el 40% de toda la energía consumida en Texas, pero esta energía no siempre está disponible en el momento adecuado.
Al incorporar sistemas de almacenamiento de energía a la red eléctrica, el exceso de electricidad puede almacenarse y volver a suministrarse a la red cuando se necesite. Así se consigue un suministro estable de electricidad y se mantienen bajos los precios de la energía para los consumidores.
¿Cómo funciona el almacenamiento de energía?
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Los sistemas de almacenamiento de energía capturan la energía durante un periodo de tiempo y luego la convierten de nuevo en energía eléctrica utilizable. Sin embargo, este proceso varía mucho de un proyecto de almacenamiento de energía a otro. A continuación, se describen algunos de los diferentes tipos de sistemas de almacenamiento de energía.
1. almacenamiento de energía con baterías
El primer sistema eléctrico fue desarrollado por Nikola Tesla a finales del siglo XIX, lo que condujo al desarrollo de los actuales sistemas de baterías de almacenamiento. Hoy en día, las baterías de iones de litio se utilizan en vehículos eléctricos y electrodomésticos.
La alta densidad de las baterías de iones de litio las hace útiles para los dispositivos de uso cotidiano, pero sólo pueden almacenar energía durante cortos periodos de tiempo y deben recargarse con frecuencia.
Las baterías de flujo de vanadio, que almacenan la electricidad en contenedores de electrolito líquido, pueden ser más adecuadas para proyectos de almacenamiento de energía a gran escala. Otras tecnologías de baterías son las de plomo-ácido, las de sodio-azufre y las de metal-aire, que podrían desempeñar un papel en la transición hacia la energía verde.
2. Almacenamiento de energía cinética
No todas las soluciones de almacenamiento de energía requieren baterías. Beacon Power, en Nueva York, utiliza unos 200 volantes de inercia para regular la frecuencia de la red eléctrica local. Utilizando la electricidad para hacer girar los volantes de inercia a gran velocidad, la energía puede almacenarse y posteriormente alimentar la red.
La central tiene una capacidad de 20 megavatios, lo que la hace más adecuada para la regulación de la frecuencia que para el almacenamiento de energía a largo plazo.
3. Almacenamiento de energía en aire comprimido (CAES)
La electricidad puede almacenarse forzando el aire comprimido en una sala a alta presión y haciendo girar una turbina a la salida. Como esto requiere un depósito (normalmente subterráneo), su uso es limitado en todo el mundo. En Texas está prevista una central CAES de 317 megavatios.
4. Almacenamiento de energía térmica
El almacenamiento de energía térmica utiliza los cambios de temperatura para capturar y almacenar la energía eléctrica. El tipo más conocido de almacenamiento de energía térmica es la energía solar de concentración (CSP), que concentra la energía solar en un medio de calor y la utiliza para alimentar generadores.
La mayor planta de CSP del mundo está situada en el desierto de Mojave, en California, y tiene una capacidad de generación de 399 megavatios.
5. Batería de almacenamiento de energía hidráulica
El agua también puede utilizarse para almacenar energía. La hidroeléctrica de bombeo (PSH) es la tecnología que está detrás del 93% de los grandes sistemas de almacenamiento de energía en Estados Unidos y podría desempeñar un papel importante en el sistema global de almacenamiento de energía.
A diferencia de la energía hidroeléctrica convencional, que no almacena energía, la hidroeléctrica de bombeo bombea agua a un embalse superior y la convierte en electricidad aguas abajo.
¿Cuánto almacenamiento de energía necesitamos?
La cantidad de almacenamiento de energía que se necesita depende de dónde se viva y para qué fines. Como cada red eléctrica tiene una combinación diferente de fuentes de energía, puede haber regiones del mundo donde se necesite más capacidad de almacenamiento.
La Asociación Internacional de la Energía (AIE) calcula que se necesitan 266 gigavatios de capacidad de almacenamiento en todo el mundo de aquí a 2030 para mantener el calentamiento global por debajo de los 2 grados centígrados". Dice. ¿Es factible? Bloomberg cree que este objetivo se cumplirá y superará los 942 gigavatios en 2040.
Pero qué pasa con la red eléctrica regional: ¿cuánta capacidad de almacenamiento necesita Texas para evitar que se repita el apagón de 2021?
En 2021, la red eléctrica de Texas puede generar hasta 90.000 megavatios de electricidad, pero sólo tiene 460 megavatios de capacidad de almacenamiento. El Consejo de Fiabilidad Eléctrica de Texas (ERCOT) quiere aumentar la capacidad de almacenamiento a 3.008 megavatios para 2022.
Además de almacenar la energía eólica y solar y devolverla a la red cuando sea necesario, los sistemas de almacenamiento de energía también pueden utilizarse para mantener en funcionamiento las centrales eléctricas de gas durante los cortes de electricidad y como fuente de energía de reserva para las comunidades.