Tal y como se ha puesto de relieve, la idea central es la de contar con la posibilidad de almacenar de la forma más eficiente posible los excedentes de producción de energía renovable que se producen en momentos de poca demanda, para ser usados cuando dicha demanda sea elevada o la producción insuficiente para atenderla. Así mismo, con los posibles incentivos o recompensas económicas, los sistemas de almacenamiento asociado a la generación renovable se erigen igualmente como servicios auxiliares de funcionamiento de la red eléctrica.
La inmensa mayoría de las tecnologías de almacenamiento tienen un grado de madurez suficiente como para postularse como una solución parcial para un almacenamiento de la producción a gran escala de una energía que se produce con un alto grado de aleatoriedad, como es la renovable. A las ya clásicas tecnologías de almacenamiento mecánico, se han ido uniendo paulatinamente otras que, sin ser del todo novedosas, están cobrando fuerza por sus avances, fundamentalmente, como soluciones de almacenamiento de la producción de la energía de forma distribuida.
El siguiente cuadro un resumen de las diferentes formas de almacenamiento de energía que, o bien se encuentran en un estado maduro de desarrollo, o bien las líneas de investigación abiertas a su alrededor están dando frutos lo suficientemente prometedores:
TIPOLOGÍA | CLASE | DENOMINACIÓN |
Almacenamiento Mecánico | PHES | Pumped Hydro Energy Storage. Centrales de Bombeo Reversible de Agua. |
GES | Gravity Energy Storage. Almacenamiento por Gravedad. | |
FES | Flywheel Energy Storage. Volante de Inercia. | |
CAES | Compressed Air Energy Storage. Aire Comprimido. | |
Almacenamiento Térmico. Thermal Energy Storage (TES) | TES-SHS | Sensible Heat Storage. Almacenamiento por Calor Sensible |
TES-LHS | Latent Heat Storage. Almacenamiento por Calor Latente | |
TES-TCHS | Thermochemical Heat Storage. Almacenamiento termoquímico. | |
Almacenamiento Eléctrico | SMES | Superconducting Magnetic Energy Storage. Almacenamiento de energía magnética por superconducción. |
SCES | Supercapacitor Energy Storage. Almacenamiento por supercondensadores. | |
Almacenamiento electroquímico o baterías. Electrochemical Energy Storage (ECES) | ECES | Baterías Convencionales. |
Batería de Sales Fundidas. | ||
Baterías de Flujo Redox. | ||
Batería Metal–Aire. | ||
Almacenamiento Químico. Chemical Energy Storage (CES) | CES-SS | Syngas Storage. Gas de síntesis. |
CES-H | Hidrógeno. |
Nos centraremos exclusivamente en el almacenamiento térmico debido a su creciente relevancia y aplicaciones específicas en la gestión eficiente de la energía renovable, la estabilidad de la red eléctrica y su posible aplicación generalizada en industrias que requieren calor para sus procesos productivos.
Almacenamiento Térmico
En industrias donde el proceso productivo necesita del suministro continuo de calor, una solución viable para su descarbonización pasa por el almacenamiento energético de tipo térmico, denominado TES (Thermal Energy Storage). La carga del TES puede ser un modelo híbrido entre la producción renovable local y la conexión a la red en momentos de baja producción renovable; mientras que su descarga se dará en los momentos de demanda de calor, cuando los costes de producción de calor por otros medios tengan un coste elevado. La toma de decisiones ha de estar basada en las variables que intervienen, tanto estocásticas (meteorológicas, producción renovable, etc.) como deterministas (energía almacenada, precio de la energía, entre otras).
Conforme Plan Estratégico de Almacenamiento Energético citado más arriba, el TES posee un gran potencial pese a que, en general, no es aún una alternativa madura a gran escala en el mercado. Se abre, por tanto, un nicho importante de desarrollo de esta tecnología como vector claro para la descarbonización completa de industrias con un uso masivo de calor para su proceso productivo.
Además, desde un punto de vista de servicios a la red, a diferencia de otros equipos de producción de calor que no tienen esta flexibilidad, los TES pueden reducir la congestión de la red y proporcionarle equilibrio en tiempo real. Cuando la red está a su máxima capacidad con otras demandas de electricidad, la carga se puede desconectar. De esta manera, reduce tanto la necesidad de tecnologías de almacenamiento alternativas y menos eficientes para satisfacer demandas de calor, como la necesidad de aumentar la capacidad de la red eléctrica.
El almacenamiento en forma de energía térmica se puede dividir en tres tipos conforme al mecanismo empleado: almacenamiento de calor sensible (sin cambio de fase), de calor latente (con cambio de fase) y termoquímico. Los materiales que suelen emplearse para el almacenamiento son: agua caliente, sales fundidas, rocas de lecho compacto, aire líquido, materiales termoquímicos (pares LiBr/H2O o H2O/NH3), entre otros.
El almacenamiento de energía por calor sensible, denominado TES–SHS por sus siglas en inglés, es la tecnología de almacenamiento térmico más utilizada en aplicaciones de escala residencial e industrial. Su funcionamiento se basa en aumentar o disminuir la temperatura de un material líquido o sólido con una elevada capacidad calorífica con el objetivo de almacenar y liberar la energía térmica para aplicaciones de baja temperatura.
Para bajas temperaturas, hasta 120 °C, se recurre al agua como medio eficaz y de muy bajo coste, usualmente en tanques pequeños, bien aislados, que por su rango de temperaturas permite emplear energía solar térmica. En caso de que se requieran volúmenes superiores se recurre a almacenamientos subterráneos de muy diversa índole, como por ejemplo cavernas y pozos.
Para altas temperaturas, el fluido más habitual son las sales fundidas, aunque cada vez es más frecuente soluciones de almacenamiento en materiales sólidos, en las que el calor se transfiere de manera directa desde un medio gaseoso a materiales tales como ladrillos cerámicos, hormigón, o piedras naturales, como las volcánicas y el cuarzo, pudiendo alcanzar temperaturas por encima de 700 °C.
Ventajas del almacenamiento térmico frente a otros sistemas de almacenamiento.
El almacenamiento térmico ofrece varias ventajas distintivas en comparación con otros tipos de almacenamiento de energía, como son:
Costo-efectividad
Tanto por los materiales empleados como por el mantenimiento de los sistemas.
Eficiencia energética
En aplicaciones de conversión directa al no existir pérdidas por conversión, así como por las menores pérdidas durante el almacenamiento.
Capacidad y escalabilidad
Siendo el almacenamiento térmico particularmente adecuado para aplicaciones a gran escala, como plantas de energía solar térmica, así como ofrecer una gran flexibilidad de escalado según necesidades.
Integración con energías renovables
Dado que se trata de una solución ideal para su integración en plantas fototérmicas, permitiendo a su vez un desacoplo entre la generación y el consumo.
Reducido impacto ambiental
Al utilizar materiales menos tóxicos como el agua, las sales minerales o sólidos áridos. Esto hace también que los materiales sean más fáciles de reciclar, lo que reduce el impacto ambiental a largo plazo.
Confiabilidad y durabilidad
Al presentar menor degradación de los materiales con el tiempo y una menor exposición a fallos al ser una solución mucho más robusta lo que la hace adecuada para aplicaciones críticas y entornos extremos.
En resumen, el almacenamiento térmico presenta una serie de ventajas significativas en términos de costo, eficiencia, capacidad, integración con energías renovables, impacto ambiental, y durabilidad, lo que lo convierte en una opción atractiva y sostenible para diversas aplicaciones energéticas.
Ventajas del Almacenamiento Térmico para la Estabilidad de la Red
A las ventajas competitivas enumeradas anteriormente, el almacenamiento térmico ofrece otra serie de ventajas para la estabilidad de la red eléctrica, aunque no se trata de ventajas exclusivas de este sistema de almacenamiento.
Aunque ya han sido apuntadas con anterioridad de forma somera, se detallan a continuación:
Mitigación de la Intermitencia
Ya que permite almacenar el exceso de energía generada en momentos de alta producción y liberarla cuando la generación es baja, equilibrando la oferta y la demanda energética.
Reducción de Picos de Demanda
Donde la red puede experimentar sobrecargas. El almacenamiento térmico puede liberar energía almacenada evitando la necesidad de recurrir a plantas de energía de reserva que suelen ser más contaminantes y costosas.
Mejora de la Eficiencia Energética
Al permitir un uso más eficiente de la energía generada se reduce las pérdidas de energía asociadas con la generación y transmisión.
Estabilidad de la Frecuencia y Voltaje
Dado que la liberación controlada de energía almacenada ayuda a mantener la estabilidad de la frecuencia y el voltaje de la red, aspectos críticos para el funcionamiento seguro y fiable del sistema eléctrico.
Descongestión de la Red
Ya que, en áreas con alta penetración de energía renovable, el almacenamiento térmico puede aliviar la congestión en la red, permitiendo una distribución más equilibrada y eficiente de la energía.
