10 de diciembre 2015

Los expertos plantean utilizar represas hidroeléctricas para almacenar la energía renovable

“Es indispensable, y sin duda una de las claves de la integración de energías renovables de gran capacidad o descentralizadas a nivel de los particulares”, explica Jean-Philippe Tridant-Bel, de la consultora Alcimed. En un informe reciente, la Agencia Internacional de la Energía (AIE) estima que para alcanzar el objetivo de mantener el calentamiento del planeta […]

Es indispensable, y sin duda una de las claves de la integración de energías renovables de gran capacidad o descentralizadas a nivel de los particulares”, explica Jean-Philippe Tridant-Bel, de la consultora Alcimed.

En un informe reciente, la Agencia Internacional de la Energía (AIE) estima que para alcanzar el objetivo de mantener el calentamiento del planeta por debajo de los 2 ºC “sería necesario agregar 310 gigavatios (GW) de nuevas capacidades de almacenamiento a la red eléctrica de Estados Unidos, Europa, China e India”, es decir una inversión de 590.000 millones de dólares.

De momento sólo hay 140 GW de capacidades instaladas en el mundo, es decir el equivalente de la producción eléctrica de un país europeo como Francia.

Un 99 por ciento son represas hidroeléctricas. Cuando se produce un excedente de electricidad, la represa bombea agua situada en su nivel inferior para liberarla y producir electricidad mediante una turbina cuando la misma escasea en la red. Sin embargo, estos últimos años, los industriales avanzaron mucho en materia de baterías a base de litio como las que se utilizan en los teléfonos celulares.

Por lo general tienen capacidad limitada pero permiten un almacenamiento más descentralizado, a la vez en redes eléctricas, edificios y viviendas particulares.

Durante mucho tiempo su generalización estuvo limitada por su coste elevado, pero las cosas están cambiando y actualmente “existen nichos en los que el almacenamiento se ha vuelto rentable”, explicó Michael Salomon, fundador de Clean Horizon, consultante especializado en el sector.

En los lugares donde la generación de electricidad es garantizada por motores diésel, resulta desde ya menos caro reemplazar esa producción por paneles solares asociados a un sistema de almacenamiento”, explica.

Ello también explica su desarrollo en Alemania, donde el desmantelamiento de la energía nuclear hace que el precio de la electricidad para los particulares sea elevado y oscile en torno a los 30 centavos de euro por kwh. La población está produciendo cada vez más su propia electricidad, gracias a paneles solares en sus tejados.

Otro ejemplo son algunas islas y regiones aisladas “donde las redes son más bien débiles y la penetración de las energías renovables ya es muy fuerte”, explica Michael Lippert, experto en almacenamiento de energía del fabricante de baterías Saft.

Cita el ejemplo de las islas Feroe, donde un parque eólico funciona al 70 por ciento de sus capacidades porque la red no es capaz de absorber más electricidad por carecer de capacidad de almacenamiento.

En California, el almacenamiento se ha desarrollado porque el consumidor –particular e industrial– es alentado desde un punto de vista financiero a equiparse para aliviar una red de mediana calidad. Estados Unidos protege además a sus empresas a la vanguardia del sector, como Stem, AMS y Tesla.

Fabricantes de automóviles como Nissan o Daimler se han posicionado en este mercado, vecino del de las baterías para vehículos eléctricos.

Sin embargo, los industriales todavía deben hacer avances en materia de costes de fabricación, que superan actualmente los 400 dólares el kwh. “Por debajo de los 200 dólares, muchos mercados se van a desbloquear”, predice Michael Salomon.

¿Cómo hacer? Tesla apuesta a la industrialización y la masificación de su producción en una futura fábrica gigante.

Según Michael Salomon, el futuro es la tecnología “post-litio”, ya que ese material es caro y se está agotando. La industria podría apostar por baterías de sodio, metal-aire, o de hidrógeno y aire comprimido, capaces de almacenar energía durante más tiempo.

1 Comentario

  1. ricardo berizzo

    Les hago llegar un trabajo sobre este interesante y conversado tema. Hay diferentes posiciones al respecto, pero lo cierto es que se invierte grandes sumas en desarrollo científico/tecnológico mundial lo que implica que es un tema al que debemos prestar atención. Fundamentalmente porque el almacenamiento de energía eléctrica va de la mano de forma irreversible con la generación de energía eléctrica renovable. Y todo lo relacionado con el sistema eléctrico interconectado.

    Almacenamiento masivo de energía – Proyecto Lessy (Alemania)

    Tecnologías de almacenamiento de energía, ¿ayudan a la eficiencia energética
    Breve repaso sobre los diferentes sistemas de almacenamiento de energía.
    Desde los orígenes de la electricidad, allá por finales del S.XIX, tanto los defensores de la corriente continua (liderados por Edison y la compañía General Electric) como los defensores de la corriente alterna (liderados por Tesla y la compañía Westinghouse), así como todos los ingenieros eléctricos que les han ido sucediendo en la historia, se han enfrentado a un mismo gran reto: la dificultad para almacenar la energía eléctrica. Y es que la electricidad es, en esencia, electrones en movimiento por lo que si se intenta almacenarlos, y por tanto se detienen, dejan de ser electricidad. De este modo, las leyes de la física nos han enseñado que la energía eléctrica solo se puede almacenar convirtiéndola en otro tipo de energía, bien sea mecánica, química o electromagnética. Estos tres caminos nos permiten clasificar en grupos las distintas tecnologías de almacenamiento que se han ido desarrollando a lo largo de los ya cerca de 150 años que tiene de vida la industria eléctrica. Estos son:
    1. Sistemas de almacenamiento mecánico. Entre ellos destacan:
    • Los sistemas de bombeo de agua, PHES, por sus siglas en inglés, en los que se eleva agua por bombeo a depósitos en altura durante unas horas al día, horas valle, y se turbina esa agua durante otras horas, pico.
    • Los sistemas de compresión de aire, CAES, también por sus siglas en inglés, con un funcionamiento similar al anterior pero manejando aire comprimido en lugar de agua e inyectándolo bien en recipientes a presión bien en cavernas subterráneas.
    • Los volantes de inercia, FESS, que almacenan la energía provocando el giro a velocidades muy elevadas de una masa rodante.
    • Sistemas de almacenamiento electromagnético entre los que se encuadran principalmente dos tecnologías:
    • El almacenamiento de energía magnética por superconducción, SMES, que como su nombre indica se basa en la generación de campos magnéticos para almacenar la energía.
    • Los supercondensadores, SC, que utilizan en este caso los campos eléctricos como medio de almacenar energía.
    3. Sistemas de almacenamiento químico que comprenden principalmente las tecnologías asociadas al hidrógeno, como vector energético fundamental, así como las distintas familias de baterías entre las que se pueden destacar: las baterías basadas en plomo, las baterías basadas en níquel, las baterías basadas en litio, las baterías de sulfuro de sodio, las baterías metal-aire, o las baterías de flujo cuyas distintas variantes están siendo muy investigadas en los últimos años.

    El estado de madurez de unas y otras tecnologías es muy diferente. Mientras que algunas como las instalaciones de bombeo se encuentran en una fase plenamente comercial desde hace tiempo y cuentan en la actualidad con más de 127 GW de potencia instalada a lo largo y ancho del planeta, otras apenas presentan alguna instalación experimental de demostración (algunos tipos de batería ni siquiera han salido todavía del laboratorio).
    Además, dadas las divergencias entre las potencias nominales y las capacidades energéticas que pueden presentar unas y otras, las aplicaciones para las que podrían estar pensadas también difieren en gran manera. Algunas tecnologías son más aptas para aplicaciones que requieran mucha potencia para ser entregada en poco tiempo (FESS Flywheel Energy Storage System, y algunos modelos de baterías…) en cambio otras se adaptan mejor a aplicaciones en las que la respuesta no deba ser tan instantánea ni tan contundente, pero sí prolongarse durante cierto tiempo (PHES Pumped Heat Electricity Storage, CAES Compressed Air Energy Storage , baterías de flujo…).En general, las aplicaciones o servicios que pueden ofrecer los distintos sistemas de almacenamiento de energía también se pueden dividir en tres grandes grupos:
    • Aplicaciones a nivel de generación y del sistema eléctrico. Estas aplicaciones están relacionadas, por un lado, con la capacidad de estos sistemas para facilitar un mayor nivel de penetración de las energías renovables (reduciendo la variabilidad de su producción, cosa que facilita su integración en la red) y, por otro lado, con su potencial para ofrecer servicios complementarios como sería colaborar en la regulación de la frecuencia del sistema eléctrico. Además, en este grupo cabe el denominado “energy arbitraje”, aplicación ya desarrollada por los sistemas de bombeo y que consiste en la compra de energía a gran escala cuando los precios de la energía son bajos para almacenarla y posteriormente venderla cuando los precios son altos.
    • Aplicaciones a nivel de transporte y distribución. Estas aplicaciones ayudan a las redes mejorando su factor de utilización, reduciendo la congestión de líneas y posponiendo la necesidad de nuevas ampliaciones del sistema de transporte. Además, juntamente con los generadores distribuidos, un sistema de almacenamiento distribuido puede colaborar a reducir las pérdidas en el sistema de transporte y distribución.
    • Aplicaciones a nivel de usuario. Estas aplicaciones pueden ayudar a garantizar una mejor calidad del suministro eléctrico a comercios, industrias y hogares, minimizando el riesgo de interrupciones de suministro. Además, pueden permitir al usuario gestionar su consumo de tal manera que éste se produzca principalmente durante los periodos de tiempo en que el kWh sea más bajo (reduciendo el coste del término variable de energía consumida). Pero también, permitirían optimizar la curva de consumo del usuario reduciendo la potencia máxima necesaria al aportar energía en este momento y por tanto reducir el coste del término fijo de potencia contratada.

    En todo caso, el almacenamiento no es la única solución para ninguna de estas aplicaciones por lo que su implantación en cualquiera de ellas depende de la evaluación de una serie de parámetros. En cada una de ellas se debe analizar: la energía que se pierde en el dispositivo de almacenamiento (eficacia global), su vida útil, y los costos operativos asociados tanto al sistema de almacenamiento como a sus soluciones alternativas, dando lugar a una comparativa de los correspondientes periodos de retorno de la inversión.
    Por tanto, ¿son las tecnologías de almacenamiento el futuro de la eficiencia energética? Parece que se puede concluir que la eficiencia por sí misma no es la finalidad última de estos sistemas, pero sí que estos ayudan a mejorarla en el conjunto del sistema eléctrico

    ¿Podemos almacenar energía a gran escala?
    La problemática del almacenamiento de la energía.
    Existe un falso mito según el cual la energía eléctrica es almacenable a cualquier escala, de manera que es generada, almacenada y utilizada a nuestro antojo. En este item se trata de mostrar la realidad tal como es.
    La energía eléctrica tiene la virtud de ser fácil de ser transportada y transformada en otros tipos de energía, sin embargo resulta complicado almacenarla. De hecho la electricidad que tenemos en casa, está siendo generada justo en ese momento en alguna central eléctrica, luego viaja por las redes de transporte y distribución, y es directamente consumida. Aunque existan métodos de almacenamiento, su aplicación a gran escala NO es viable por su alto costo, falta de recursos, complejidad, etc. Por ejemplo, a pequeña escala se puede almacenar energía en una batería (de un coche, o como parte de una instalación fotovoltaica en una vivienda), sin embargo no es viable construir una batería que pudiera alimentar una ciudad entera.

    Aun sin ser una solución a gran escala, existen diversos métodos de almacenamiento de energía tratados anteriormente:
    • Electroquímicos: pilas, baterías, dentro de las cuales se abre un amplio abanico de variedades.
    • Eléctricos: condensadores, superconductores.
    • Mecánicos: aire comprimido, volante de inercia, muelle elástico.
    • Potenciales: hidroeléctrica reversible.
    • Térmicos: sal fundida, aire líquido, nitrógeno líquido.
    También se puede almacenar energía como bienes. Imaginemos un sistema compuesto por un parque eólico y una *desaladora. En el caso de tener un exceso de generación, se puede suministrar una mayor potencia a la desaladora y almacenar el agua desalada, de manera que en un momento de escasa producción se vierte toda la electricidad a la red, porque ya hay reservas suficientes de agua para un cierto margen de tiempo. Visto de esta manera, los alimentos también son almacenadores de energía procedente del sol.
    El almacenamiento de energía es un cometido que va de la mano de la implantación de renovables. Dada su variabilidad de generación es necesario un cierto margen de operatividad que contrarreste esos déficits y excesos, y así ajustarse a la demanda, tarea que se logra almacenando la energía para usarla cuando sea necesario.
    * plantas desalinizadoras. Proceso mediante el cual se elimina la sal del agua de mar o salobre. Las plantas desalinizadoras son instalaciones industriales destinadas a la desalinización, generalmente del agua de mar o de lagos salados para obtener agua potable.

    Criterios para evaluar las tecnologías de almacenamiento
    Para evaluar y diferenciar entre las tecnologías de almacenamiento disponibles y para poder seleccionar los dispositivos más adecuado para una aplicación deseada deberán ser examinados los aspectos que a continuación se presentan.
    Criterios de evaluación:
    1. Eficiencia. Los dispositivos de almacenamiento presentan pérdidas. Para evaluar la eficiencia se tiene que tener en cuenta el ciclo completo: carga, mantenimiento de carga y descarga.
    2. Durabilidad. El tiempo de vida dependerá en algunos casos del número de ciclos de carga y descarga,profundidad del ciclo, nivel de no retorno en la descarga y envejecimiento.
    3. Densidad de energía y potencia de almacenamiento. Son relevantes para la evaluación de la relación energía/potencia de una tecnología y para determinar el volumen y peso de una solución dada. Estas son características importantes para las aplicaciones con espacio y peso limitado, como el transporte o aparatos móviles y para su instalación en zonas urbanas o edificios donde el espacio es limitado.
    4. Fiabilidad. Probabilidad que un dispositivo funcione durante un periodo de tiempo especificado.
    5. Tiempo de respuesta. Desde unos milisegundos a algunos minutos.
    6. Capacidad de almacenamiento: potencia y energía. En algunas aplicaciones es preciso disponer de una alta capacidad de almacenamiento de energía mientras que otros casos se requieren sistemas con gran capacidad de potencia.
    7. Costo de la energía almacenada. El precio del kWh almacenado puesto de nuevo en la red eléctrica comparado con el coste del kWh generado y puesto también en la red

    Proyecto Lessy (Lithium Elektrizitäts Speicher System) – Alemania

    Lessy significa sistema de almacenamiento de la electricidad en litio. Este tipo de sistemas de almacenamiento mejorará la capacidad de regular la energía a partir de fuentes de energía renovables y reducir así la carga en las centrales eléctricas convencionales de almacenamiento y bombeo.
    Sistemas como Lessy pueden almacenar energía cuando la oferta supera a la demanda y descargarla cuando la situación se invierte. Por otra parte, la tecnología de almacenamiento de iones de litio permite la estabilización particularmente rápido y eficaz de la corriente y la frecuencia de la red eléctrica.
    El proyecto Lessy es parte del trabajo que se lleva a cabo por el Centro Eco² Ciencia-to-Business dirigido por Creavis Tecnologías y la Innovación y el Ministerio de Educación e Investigación (BMBF) de Alemania está financiando el proyecto como parte de la batería de iones de litio (LIB ) 2,015 iniciativa.
    El sistema de almacenamiento de energía Lessy contiene las mismas celdas de iones de litio que se desarrollaron en Marl para su uso en vehículos eléctricos. Para ser honesto: los desarrolladores de Evonik no reinventan la batería; simplemente optimizar un componente clave. Ellos desarrollaron un separador de cerámica, que se coloca entre el ánodo y el cátodo para prevenir el sobrecalentamiento baterías. También reduce sus dimensiones y aumenta su vida útil.
    Especificaciones
    Capacidad 0.680 MWh
    La tecnología de memoria Litio-cerámica (CERIO®)
    Tasa de Inyección 1,0 MW
    Retiro (sin carga) 1.0 MW
    Conversor de Línea eléctrica 1400 kVA
    Conexión eléctrica 690 V AC
    Cargo mínimo / tiempo de descarga 40,8 min
    Vida de ciclo (estimado) 4.000 ciclos
    Número de celdas 4700
    Dimensiones 275 x 217 x 11 mm celulares
    Paquete de baterías Dimensiones 225 x 400 x 355 mm
    Contenedor Dimensiones 2,9 x 2,44 x 12,2 m
    Peso aprox. 25 t

    Preguntas y respuestas:
    ¿Cuáles son los beneficios de ahorro de electricidad de este tipo de sistema?
    En términos generales, traen enormes beneficios para la integración flexible de la energía renovable. Si las energías renovables se introducen en la red, se hace más difícil mantener el suministro de energía estable porque el viento y la energía solar no está disponible de forma continua y constante. Además de la estabilización de la frecuencia de la línea de suministro, las distintas tecnologías de almacenamiento, incluyendo las baterías, aseguran la carga base de energía renovable. Eso hace una contribución a la reducción de emisiones de CO2, que es un objetivo declarado de la política climática y energética alemana.

    1. Permite un mayor equilibrio (balance) entre demanda y consumo. El aumento de la variabilidad en el lado de generación eléctrica requiere tecnologías y procedimientos para equilibrar la demanda de energía y el suministro.
    Los sistemas de almacenamiento nos permiten nivelar la carga, mediante la descarga de energía en horas punta y carga de energía en horas valle, y minimizar la potencia pico y la compensación de potencia de valle.
    Mejora, además, la interacción entre los sitios de consumo y los sitios de generación, y promueve la integración de la generación a partir de fuentes intermitentes, al reducir el impacto de la variabilidad de las fuentes renovables sobre la red eléctrica.

    2. Mejora la gestión de las redes de transmisión y distribución. Permite obtener una mayor capacidad de estabilización, seguridad y calidad de red: reduce las perturbaciones en la red (fluctuaciones, cortes, caídas de tensión), asegura la estabilidad de la tensión y amortigua cualquier oscilación de potencia.
    En un panorama de producción y consumo de electricidad descentralizado y fluctuante, permite aprovechar al máximo los activos de generación, transporte y distribución. Consigue un rendimiento óptimo de las redes respecto a sus valores de flujos de energía promedio sin necesidad de sobredimensionar la red con el consiguiente ahorro. Además, el almacenamiento es esencial para permitir un amplio y extendido uso de energía renovables para equilibrar y compensar sus intermitencias y fluctuaciones tanto a nivel de plantas de potencia como a nivel de uso distribuido de fuentes de generación renovables.

    Redes inteligentes. Su utilización varía según la demanda y la disponibilidad de las fuentes intermitentes, los periodos de pico o valle de consumo, o los costos por kilovatio-hora. Los elementos de almacenamiento desempeñan un papel de arbitraje al poder acumular energía en valles y ofrecer ésta en períodos de pico.

    3. Promueve la gestión de la demanda. Es decir, un uso final de la energía más eficiente y sostenible. El almacenamiento permitirá el despliegue creciente de movilidad con vehículos eléctricos, y la utilización de redes y edificios inteligentes. Contribuirá también a la gestión y al consumo local de electricidad y a la integración con otras formas de uso de la energía como la calefacción / refrigeración.

    4. Aumenta la competitividad energética y la seguridad de la red eléctrica. Juega un papel importante en los nuevos diseños de mercados flexibles e incrementa los servicios ofrecidos. Además constituyen una alternativa económicamente atractiva para la expansión de la red y la desconexión de carga.

    5. Mejora los mercados energéticos establecidos. Algunos sistemas de almacenamiento de energía, debido a su naturaleza intersectorial que permite la interconexión entre diferentes tipos de redes de energía, pueden afectar positivamente a los mercados bien establecidos, como el mercado de gas (por ejemplo, los sistemas “electricidad hacia gas”, power to gas), los mercados locales de energía térmica (por ejemplo, el almacenamiento de calor), y los mercados de energía para el transporte (por ejemplo, la movilidad eléctrica, las pilas de combustible, el gas natural presurizado)

    ¿Qué distingue al almacenamiento masivo Lessy ?
    Una ventaja esencial del uso de la batería de iones de litio es su capacidad de almacenamiento. Ahí donde se requiere un alto rendimiento, se cuenta con la tecnología de Evonik con claras ventajas porque puede representar un alto rendimiento y una capacidad de almacenamiento en un volumen más pequeño en comparación. Esto marca un contraste con otras tecnologías de batería.

    Donde se utiliza el sistema Lessy en la actualidad?
    El sistema de almacenamiento se utiliza en el sitio de la planta de energía Fenne (Völklingen, Germany) para proporcionar alimentación de control primario.

    Tecnología clave para la movilidad eléctrica
    Fue originalmente desarrollada para los vehículos eléctricos, la tecnología de CERIO® es una combinación especial de materiales cerámicos y conductores de iones de alto peso molecular que se utilizan en «la batería de litio de cerámica más grande del mundo.» El sector energético tiene que invertir enormes sumas en las instalaciones de almacenamiento de energía. «La inversión en ejecución en miles de millones de euros serán necesarios para el año 2020», Stephan Kohler, director de la Agencia Alemana de Energía (Dena), dijo al diario de negocios alemán Handelsblatt.
    «En el pasado, simplemente no había demanda de almacenamiento a gran escala», explica el profesor Dirk Uwe Sauer, de la Universidad RWTH de Aquisgrán (Alemania).
    La decisión por motivos políticos a retirarse de la energía nuclear en Alemania y la definición de los objetivos de protección del clima y el aumento previsto de la proporción de energías renovables constituyen un mix energético que traerá cambios.
    Excelentes perspectivas para las baterías de iones de litio
    «No estoy al tanto de cualquier otra tecnología que almacena grandes cantidades de energía y es más eficiente», informa el profesor Martin Winter, de la Universidad de Münster. Él cree que las baterías de iones de litio tienen una excelente oportunidad de establecerse en la competencia entre las tecnologías de almacenamiento antiguas y nuevas.
    Su argumento es el siguiente: «. El noventa y cinco por ciento de la potencia introducida en una batería puede ser recuperado para su uso de forma reversible, si la energía se aplica para obtener hidrógeno y luego se utiliza en una pila de combustible, el rendimiento es sólo el 25 por ciento.» Además de la tecnología de hidrógeno, donde la baja eficiencia se ve agravado por cuestiones de seguridad y de logística, también hay un número de otras tecnologías de batería que compiten por una posición como tecnología de almacenamiento del futuro. Los investigadores en Marl ven a Lessy como el complemento ideal para la red de suministro de energía del mañana cercano, con las centrales eléctricas altamente eficientes convencionales que forman la columna vertebral del sistema de generación.

    Fuente:
    http://nosoloingenieria.com/almacenamiento-energia-electrica/
    http://www.f2e.es/es/tecnologias-de-almacenamiento-de-energia-el-futuro-de-la-eficiencia-energetica
    http://www.voltimum.es
    El almacenamiento de electricidad. Fundación Gas Natural Fenosa

    Recopilación, traducción, adaptación
    Ing. Ricardo Berizzo U.T.N. Regional Rosario

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