Siempre que hablamos de energía terminamos con el mismo rompecabezas: las oficinas trabajan en horario de oficina, las industrias operan de acuerdo a sus propios horarios de producción y, en nuestras casas, queremos luz tan pronto como encendemos el interruptor. Esto implica que necesitamos un suministro de energía permanente y consistente. Aunque la Naturaleza cumpla el primer requisito sin problema, obviamente no cumple el segundo tal y cómo los gráficos demuestran abajo claramente.
Solar and eolic energy production in Spain in the period 2014-16 (source: e-sios/ REE)
Esta variabilidad crea la necesidad a todos los Operadores de Sistemas de Transmisión (TSO), i.e. las empresas que gestionan las redes de distribución como es el caso de REE en España, de siempre mantener un soporte basado en fuentes energéticas regulables (que ahora mismo es lo mismo que decir centrales nucleares o motores de combustión interna).
Por lo tanto, cualquier transición hacia una economía energética libre de CO2, necesitará la introducción de sistemas de almacenamiento de energía a larga escala que trabajen en conjunto con los sistemas de generación (particularmente si consideramos el impacto futuro de la generación distribuida, como hemos discutido en el pasado aquí), para que tengamos, no solo la cantidad exacta de energía que necesitamos pero igualmente importante: cuando y donde la necesitamos.
Pero exactamente ¿qué estamos almacenando?
Como bien sabes, utilizamos electricidad para alimentar casi todo. Un buen ejemplo es un secador de pelo: cuando lo enciendes creas una diferencia de potencial (una especie de “vacío eléctrico”) que transforma la energía potencial que se encuentra esperando en el cableado de tu casa en una corriente de electrones en movimiento. La energía contenida en estas partículas en movimiento genera un campo magnético (que por su vez genera la fuerza) que hace mover el ventilador, pero también genera calor (al moverse por hilo conductor altamente resistivo) y hasta la luz que te indica que el secador se encuentra encendido (fotones del LED). ¿Has reparado en la palabra: “potencial”?
Esa palabra es una de las claves para solventar la mayoría de los problemas que llevan a un futuro energético sin CO2.
El tema de la energía es algo profundo. Energía es parte de mitos, filosofía y consolida todas las teorías de las ciencias naturales. Por lo que sabemos, Energía es… todo. Asimismo, no hay ninguna definición libre de contexto para ella, lo que sí sabemos es que las leyes naturales nos impiden crearla. Todo lo que hacemos es hacerla cambiar de “forma” o simplemente transferirla de una partícula/cuerpo a otra/o. Con este cambio, a lo largo del tiempo, la medimos ya sea a través de «trabajo» o «flujo de calor» – lo que nos permite generar electricidad.
¿Pero qué pasa cuando no hay nada moviéndose? Si yo acabo de decir que no puedo crear energía pero, si conecto mi secador de pelo pasan cosas, esto tiene que significar que hay energía esperando en algún lugar. Esta “energía en espera” se llama “energía potencial” (precisamente porque tiene el potencial para hacer cosas) y puede asumir muchas formas. Puede residir en las ligaciones químicas entre las substancias contenidas en una típica batería de coche (plomo y ácido), en el peso del agua detrás de una presa o en las partículas que constituyen los propios átomos (energía nuclear).
Por lo tanto, si queremos transformar las volátiles formas de energía renovable en un suministro eléctrico constante, todo lo que tenemos que hacer es transformar la energía cinética del viento (aire en movimiento) en energía potencial. Podríamos utilizar baterías pero, aunque su coste haya bajado enormemente en los últimos años, siguen siendo caras y contaminantes, por ende siguen en el reino de las pequeñas cosas (como coches eléctricos o teléfonos móviles). Para evitar confusiones, llamaremos a estas alternativas a las baterías por el nombre más genérico de “acumulador”.
¿Cómo funcionan?
Hoy en día el mejor ejemplo de un «acumulador» son las centrales hidroeléctricas reversibles (PSH). Este sistema utiliza dos depósitos de agua a diferentes alturas para almacenar energía: una presa grande y una reserva más pequeña. El agua fluye hacia el embalse inferior para generar electricidad (regulable) durante las horas pico (costosas) y se bombea de nuevo al embalse superior a horas más baratas, generalmente aquellas donde la energía eólica (no regulable) es predominante. Un ejemplo práctico de esta tecnología es «La Muela» de Iberdrola: el mayor complejo PSH de España y Europa. La Muela I (vista en la imagen de abajo) suministraba a España 630MW de energía hidroeléctrica y 555MW de PSH, pero el complejo fue reacondicionado en 2013 con La Muela II, un sistema completamente subterráneo, que incrementó la producción de esta central a 1,77GW de energía hidroeléctrica y 1,28GW de PSH.
Aerial image of Iberdrola’s Cortes-La muela hydropower complex in Valencia, Spain. source: El Pais
¿Pero es éste el único método? ¡Definitivamente no! Aparte del PSH (y excluyendo las baterías) hay otros cuatro métodos principales que son prometedores (algunos ya se encuentran implementados en larga escala).
Almacenamiento de energía térmica (TES)
Este término en realidad abarca una gama muy amplia de tecnologías y sistemas, diseñados para todo tipo de aplicaciones. Sin embargo, todos comparten el mismo fondo común: almacenan temporalmente energía bajo la forma de calor y la liberan en un momento de nuestra conveniencia.
Una aplicación famosa es la sal fundida: en algunas plantas solares térmicas, el exceso de energía producido en horas de producción de pico se utiliza para fundir sal, que se almacena en reservatorios, de modo que la planta puede producir vapor más tarde , no solo durante el día sino incluso durante la noche cuando (obviamente) no hay luz solar disponible. Esto puede aumentar enormemente la eficiencia de una planta.
La principal instalación de referencia en el campo de las plantas solares térmicas con almacenamiento es la planta Crescent Dunes de la empresa Solar Reserve, en Nevada (EE.UU.), que cuenta con una potencia de 110MW. España fue pionera en este sistema en 2011, con Gemasolar, una planta operada por Torresol Energy. Esta central solar en Andalucía tiene una potencia de 19MW y puede generar energía durante 15h sin luz solar directa.
Almacenamiento de Energía de Aire Comprimido (CAES)
Conceptualmente, estas plantas se parecen mucho a las plantas PSH, pero en lugar de depender del peso del agua, dependen de la presión del aire. El aire ambiente se comprime y se almacena bajo presión en una reserva subterránea (en teoría una caverna para mantener los proyectos asequibles). Cuando se requiere electricidad, el aire a presión se calienta y se expande en una turbina de expansión que conduce un generador para la producción de energía. El calentamiento se realiza mediante una turbina de gas natural, un recuperador o mediante la creación de un sistema híbrido (fusionándolo con un sistema de almacenamiento térmico como el comentado anteriormente).
Hydrostor, una empresa canadiense en asociación con AECOM, está liderando la implementación de esta tecnología, tanto en el mar como en tierra. Hace apenas unos días introdujo su sistema más reciente que (según ellos) puede competir con las plantas de gas natural. Ya cuentan también con un proyecto piloto para la empresa de servicios públicos Toronto Hydro.
Sistemas de almacenamiento de energía por volante de inercia (FESS)
Los volantes almacenan energía de forma mecánica, en este caso mediante el movimiento de una masa giratoria, llamada rotor. El rotor (un cilindro giratorio masivo) gira en un ambiente casi sin presión (en vacío) para eliminar la resistencia del aire, y generalmente se monta sobre cojinetes levitados magnéticamente para asegurar que el movimiento se hace también casi sin fricción. La inercia de su movimiento le permite seguir girando por bastante tiempo, generando electricidad.
En este momento, la empresa Temporal Power afirma crear los volantes de inercia más potentes del mundo con 500kW de potencia por volante.
Almacenamiento de energía gravitacional (GES)
Este sistema genera electricidad liberando una carga pesada desde cierta altura cuando se requiere. La carga se mueve hacia arriba y hacia abajo a voluntad y utiliza frenado regenerativo (común en vehículos eléctricos, como tranvías) para convertir la energía cinética perdida en el frenado en electricidad. Estos sistemas son muy interesantes porque tienen una respuesta (o tiempo de descarga) muy rápida si es necesario, pero también pueden ser regulados. También (en teoría) son varias veces más baratos que los sistemas mencionados anteriormente.
Una empresa líder en este campo es Ares, que afirma que cuesta un 40% menos que PHS y es más eficiente. El sistema se compone de una sola pista cuesta arriba con una cola central de trenes lanzadera, cargados con bloques de hormigón, que viajan hacia arriba y hacia abajo. Opera una instalación de 55MW en Nevada.
Storage technologies comparison. Source: ARES
A dónde vamos desde aquí
En febrero de 2017, la Comisión Europea publicó un documento en el que describía el papel del almacenamiento de energía para este fin, presentando diferentes tecnologías y debatiendo los posibles enfoques políticos.
Sin embargo, no podemos olvidar que algunos sistemas de almacenamiento (particularmente el PSH) también consumen mucha electricidad y, por lo tanto, en tiempos de electricidad costosa, la energía que despliegan en la red puede ser, no sólo más cara que lo normal, sino incluso más cara que el carbón térmico y mucho más que el gas natural.
Hours in which PSH and Thermal Coal market the daily price of electricity in the Iberian Market, distributed by price range. Source: OMIE
Aun así, el precio de una economía de energía libre de CO2 no se mide sólo en dinero, sino en el resultado final para nosotros como Civilización. Yo, por ejemplo, estaría dispuesto a pagar más por la energía generada por el almacenamiento (en el mercado marginalista existente) si eso es lo que se requiere para impulsar la inversión en energía renovable y su sostenibilidad.
Hugo Martins | Analyst
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