CADE Soluciones de Ingeniería, S. L. (CADE), una PYME que nació hace más de 20 años en la ciudad de Albacete, con una visión estratégica clara hacia el desarrollo energético sostenible, está invirtiendo desde hace más de una década en el desarrollo de soluciones de almacenamiento térmico en áridos sólidos por calor sensible (sin cambio de fase), TES–SHS. Se trata de un sistema de almacenamiento de energía térmica basado en un concepto modular, formado por bloques de material en estado sólido.
A) Solución de almacenamiento térmico SolidTES.
El TES–SHS de CADE, comercialmente denominado SolidTES, es un sistema de almacenamiento térmico, conceptualmente basado en un conjunto de tubos por los que pasa un fluido caloportador (HTF, Heat Transfer Fluid) embebido en un bloque de material de alta capacidad calorífica, cuya composición puede variar en función de la temperatura requerida. Este sistema es capaz de funcionar con distintos tipos de HTF tales como sales fundidas, aceite térmico, aire, agua caliente presurizada o vapor procedente tanto de fuentes convencionales como renovables. Además, puede integrarse con fuentes renovables de generación térmica (termosolar, biomasa, gases renovables) y eléctrica (FV, PPA verde), o mediante sistemas de recuperación de calor residual.
La disposición modular permite alcanzar la capacidad de almacenamiento requerida mediante la adición de módulos estándar. La entrega de energía del sistema permite el aprovechamiento térmico de la energía acumulada a una temperatura definida en el rango de 150 °C – 500 °C. SolidTES ha logrado mejorar considerablemente las propiedades de almacenamiento térmico adquiriendo una mayor estabilidad del sistema, así como una mejora en relación con el precio, comparado con los sistemas tradicionales de almacenamiento térmico mediante sales fundidas.
Tal y como ha sido señalado con anterioridad, para lograr una completa descarbonización de la industria, es necesaria la concurrencia de fuentes de energía renovable de diferente naturaleza, como la solar térmica de concentración, la fotovoltaica, la eólica o la red eléctrica, entre otras, configurando un mix de energía que ha de poder gestionarse de manera óptima según la demanda. El objetivo de SolidTES es, por lo tanto, permitir gestionar a demanda de manera inteligente un mix energético variable (eléctrico y térmico), ofreciendo coberturas renovables de hasta el 100%; o lo que es lo mismo, una solución integrada y descarbonizada que permite la independencia energética de fuentes fósiles para la industria.
En la actualidad CADE se encuentra en pleno desarrollo de la 4ª generación del SolidTES que implementará, respecto a las anteriores generaciones, una mejora en la carga eléctrica en términos de capacidad por unidad de volumen dado que se manejarán temperaturas de hasta 600°C, y la polivalencia de integración en diferentes configuraciones de generación renovable/electrificación y demanda de calor. Es decir, se trata de conferir al SolidTES de una capacidad de funcionamiento como una batería donde la carga y descarga sean tanto en forma de energía térmica como eléctrica.
Con la intención de la conexión a la red del SolidTES mediante ciclos termodinámicos inversos para la producción de electricidad se abre hueco en el almacenamiento energético, a partir del vector térmico. Ahora bien, la gestión de la conexión de estos equipos a la red es una cuestión que no está del todo resuelta de forma autónoma, sino que están basadas en decisiones humanas manuales conforme a parámetros temporales de muy corto plazo. Sin embargo, CADE se plantea soluciones para la conexión de forma autónoma e inteligente donde las decisiones queden establecidas por un sistema electrónico que tome en consideración el gran volumen de variables que intervienen en una decisión de estas características: teniendo en cuenta precio de oferta, previsión de demanda, previsiones meteorológicas donde las decisiones se toman no a nivel individual, si no que concurren una serie de equipos distribuidos pertenecientes a una misma utility energética. De esta manera se optimiza no solo la carga de los equipos de almacenamiento, sino que también se toman decisiones del momento óptimo de descarga, tanto en modo térmico para aprovechamiento en la propia industria, en modo eléctrico para la misma o bien para su vertido a la red en función de parámetros económicos y de demanda.
Figura 1. Esquema conceptual de funcionamiento del SolidTES de 4ª generación (elaboración propia).
B) Conversión de Energía.
Como siguiente paso para el desarrollo del SolidTES, nos encontramos las conversiones de energía eléctrica en calor y viceversa.
Para la conversión de electricidad en calor, para el ciclo de carga del TES, se puede hacer uso de diferentes tecnologías:
- Calentamiento resistivo por efecto Joule.
- Bomba de Calor desde un foco de baja temperatura (foco frío) a uno de temperatura más alta (foco caliente). Se pueden clasificar en dos tipos de ciclos termodinámicos:
- Ciclo Rankine inverso.
- Ciclo de Brayton inverso, propuesto en 2017 por R. B. Laughlin para carga/descarga térmica.
- Otros, como el ciclo Claude en sistemas de almacenamiento en aíre líquido, o el proceso Lamm–Honigmann para ciclos termoquímicos.
Por otro lado, para la conversión de calor en electricidad a través de ciclos termodinámicos se utilizan:
- A través de ciclos termodinámicos:
- Ciclo de Rankine.
- Ciclo de Brayton.
- Materiales semiconductores, aprovechando las propiedades térmicas de determinados materiales.
- Proceso Lamm-Honigmann para la conversión de la energía almacenada de forma fotoquímica
Figura 2. Sistemas de conversión de energía aplicables al TES – SHS (elaboración propia).
C) Almacenamiento y digitalización de la industria.
Para que un sistema de almacenamiento energético tenga sentido más allá de su posible uso local, dando servicio a una red de distribución de energía, ha de estar dotada de cierta inteligencia que no solo tenga en cuenta las previsiones de producción y consumo, sino que además realice una gestión óptima de la energía. Como tal, el sistema eléctrico es un conjunto de cargas y generadores que han de funcionar de forma coordinada para que el sistema desempeñe su función de forma óptima.
La digitalización está desempeñando un papel crucial en la gestión de sistemas de almacenamiento de energía, aportando diversas ventajas que optimizan su funcionamiento y eficiencia. Aquí se destacan algunos aspectos importantes:
- Optimización de la Capacidad de Almacenamiento.
- Gestión de la Carga y la Demanda.
- Mantenimiento Predictivo.
- Integración con Energías Renovables.
- Optimización Económica.
Por lo tanto, son dos cuestiones que no pueden ser separadas y el desarrollo de las tecnologías de almacenamiento han de estar acompañadas de los correspondientes desarrollos en los sistemas de gestión que, necesariamente, incluirán herramientas de Inteligencia Artificial.
Conclusión
España es un país pionero en el despliegue de energías renovables, sin embargo, hasta el momento, no lo ha sido en almacenamiento energético. La legislación sobre almacenamiento es incompleta y se encuentra dispersa en diversas normativas emitidas por diferentes organismos. Sin embargo, sí hay una clara tendencia hacia una normalización adecuada y se están dando pasos legislativos importantes. De hecho, el consejo de ministros a petición del MITECO aprobó en 2021 una Estrategia de Almacenamiento que marca como objetivo una potencia de almacenamiento total disponible de 20GW en 2030 y de 30GW en 2050.
Por otro lado, el PNIEC español fomenta la innovación y el desarrollo de nuevas tecnologías de almacenamiento, reconociendo su importancia para la transición energética. El uso efectivo del almacenamiento térmico puede mejorar la eficiencia energética en sectores como la industria y la construcción, y ayudar a España a cumplir con sus compromisos internacionales y nacionales para un futuro más sostenible.
Sin embargo, en la actualidad y a la espera de los consiguientes cambios legislativos, no existe un régimen económico específico o incentivos a la venta de la energía almacenada, pero sí concursos para otorgar subvenciones para la construcción de este tipo de instalaciones
Por lo tanto, el almacenamiento energético es una herramienta esencial a futuro, entre otras razones, por nuestro carácter de isla energética, la necesidad de flexibilidad del sistema y la naturaleza no gestionable de las renovables
Como se ha puesto de manifiesto, el almacenamiento térmico presenta una serie de ventajas en términos de costo, eficiencia, capacidad, integración con energías renovables, impacto ambiental, y durabilidad, siendo actualmente una opción atractiva para aplicaciones energéticas, tanto de conexión a red como para el uso industrial.
Por lo tanto, el almacenamiento térmico, además de ser útil en la industria con un uso masivo de calor, puede facilitar esta transición al permitir una mayor integración de fuentes renovables que son intermitentes por naturaleza. Almacenando el exceso de energía térmica producida durante los periodos de alta generación y liberándola cuando la demanda es mayor, se mejora la estabilidad y la fiabilidad de la red eléctrica.
