Al hablar sobre la generación de energía eléctrica, el tema de su almacenamiento no ha recibido, a mi entender, el mismo grado de atención que el de la generación. Este artículo ha sido escrito para que el lector comience a entender su importancia, no sólo en el área de los renovables, donde aparece como una solución obvia, pero en relación con cualquier sistema que usa energía eléctrica.

Almacenamiento de energía
Comenzaré introduciendo el factor de confiabilidad de un sistema generador. Una planta generadora de energía eléctrica, renovable o no, debe tener como meta alcanzar un nivel de confiabilidad del 100%, ya que sólo este valor garantiza la entrega de energía eléctrica día y noche, durante los 365 días del año (implícitamente, aún cuando las condiciones atmosféricas no sean las ideales).

Consideremos ahora las dos fuentes de energías renovables más utilizadas en este momento (solar y eólica). Es evidente que ninguna de ellas, o la combinación de ambas en el mismo sitio (si fuere viable) pueden proporcionar este grado de confiabilidad, ya que tanto la radiación solar como los vientos son, por naturaleza, intermitentes.

Si, en particular, asumimos que la planta renovable usa paneles FVs y debe proveer energía durante todo el día, es evidente que el grado de confiabilidad del sistema durante la noche es nulo, a no ser que se adicione un banco de acumulación (BdA), el que recibe el exceso de generación diurna. Aún así, dadas la variaciones en el nivel de radiación solar (varios días consecutivos sin sol), el grado de confiabilidad no alcanza el 100%.

¿Qué soluciones tenemos?

Si queremos evitar el uso de una fuente generadora adicional no renovable, una solución es incrementar la capacidad del BdA. En principio, incrementando su capacidad de almacenamiento, podríamos alcanzar un grado de confiabilidad muy cercano al 100%.

¿Existen otras soluciones? La respuesta teórica es: “Tantas como las diversas formas de transformación de un dado tipo de energía a la eléctrica”. Llamo la atención del lector sobre esta respuesta, ya que ahora se contempla no la acumulación de la energía eléctrica, pero de cualquier forma de energía convertible a eléctrica.

Por ejemplo, podríamos eliminar el banco de baterías y usar el exceso de energía generado durante el día para bombear agua a un tanque de gran capacidad, a una elevada altura. Durante la noche, dejamos caer un determinado volumen de agua, el que haría funcionar una turbina hidraúlica, la que está acoplada a un generador eléctrico.

Las transformaciones que toman lugar en este ejemplo son: energía solar a energía eléctrica (paneles FVs), energía eléctrica a energía potencial (elevado de una masa de agua), luego energía potencial a mecánica (turbina) y por último energía mecánica a eléctrica.

El mecanismo acumulación-entrega, o carga-descarga, sigue vigente. Lo único que cambia es el tipo de energía que debemos reponer. Si el volumen de agua (y altura de elevación) son substanciales, como en el caso del BdA, el sistema puede alcanzar un grado de confiabilidad cercano al 100%.

Mecanismos de Acumulación-Entrega
Antes de expandir el campo de aplicación de la acumulación de energía, el lector debe familiarizarse con la relación acumulación-entrega. En particular, es importante destacar que en algunos sistemas este proceso puede ser lento,mientras que en otros se requiere una mayor rapidez. Un sistema FV que usa un BdA con baterías del tipo plomo-ácido (Pb-ácido), tolera una velocidad lenta tanto para la carga como para la descarga, ya que cada uno de ellos toma horas en completarse.

En términos eléctricos estamos definiendo la capacidad de manejar potencia (energía/unidad de tiempo). Si en el sistema de un auto eléctrico queremos transformar en energía eléctrica el rápido cambio en energía
cinética que toma lugar durante el frenado, especialmente si la frenada es de emergencia, tanto el proceso de conversión, como el de acumulación deben ser rápidos (y eficientes). La dualidad motor-generador, típica de un motor eléctrico, provee la rápida generación de energía (con alta eficiencia).

La batería propulsora del automotor debe, asimismo, aceptar este alto nivel de corriente en forma eficiente y repetitiva, sin mayor deteriorización. Un componente eléctrico que acepta cambios muy rápidos para el ciclo acumulación-entrega, en forma repetitiva, y por largo tiempo, es el capacitor. La introducción de los super-capacitores, los que tienen, por unidad de volumen, mucha más superficie por electrodo y dieléctrico de espesor reducidísimo, hace posible combinar dos fuentes de acumulación (batería de Pb-ácido y super-capacitor), en un automotor con Motor de Combustión Interna (MCI).

El motor de arranque de un MCI requiere la entrega de un alto valor de potencia, de manera que un supercapacitor (varios en combinación serie-paralela) es un componente ideal para este tipo de demanda enrgética. Un supercapacitor moderno puede sostener más de 100.000 ciclos de carga-descarga sin problemas. La batería de Pb-ácido tiende a deteriorarse cuando la corriente de carga es elevada, debido a la lentitud del
proceso electro-químico, pero puede sostener cargas medianas por largos períodos (luces, radio, embrague del aireacondicionador, etc.). Experimentos hechos en una universidad australiana, usando esta combinación, demostraron que la vida útil de la batería de Pb-ácido puede ser extendida.

Una variación de este uso combinado, usando un microprocesador como elemento de control, les permitió apagar el MCI cuando el vehículo debía detenerse frente a un semáforo, y arrancarlo al tocar el acelerador. Resultado: un aumento en la eficiencia del MCI (Km/lt), al evitarse los períodos de consumo de combustible sin locomoción.

Analizando aplicaciones

La potencia requerida por una central eléctrica debe ser suficiente para satisfacer no sólo el consumo promedio, pero los “valores pico” diarios o estacionales de la carga que alimenta. De lo contrario, la confiabilidad del sistema puede ser nula (apagones).

En la práctica es común que una usina genere energía eléctrica en exceso durante un período del día y tenga problemas en satisfacer los picos de demanda en otros. El agregado de un módulo de almacenamiento, con
capacidad para satisfacer este tipo de consumo, puede resolver el problema, y diferir el costo de ampliación de la misma a corto o mediano plazo.

Solución ideal

La solución “ideal” estará dada por el módulo de acumulación que resulte ser el más económico y seguro, para un dado sistema.