Publicado: 6 de mayo de 2024
Colaboradores: Alice Gomstyn, Alexandra Jonker
El almacenamiento de energía es la obtención y mantenimiento de energía en reserva para su uso posterior. Las soluciones de almacenamiento de energía para la generación de electricidad incluyen el almacenamiento hidroeléctrico por bombeo, las baterías, los volantes de inercia, el almacenamiento de energía por aire comprimido, el almacenamiento de hidrógeno y componentes de almacenamiento de energía térmica .
La capacidad de almacenar energía puede reducir el impacto medioambiental de la producción y el consumo de la misma (como la liberación de emisiones de gases de efecto invernadero) y facilitar la expansión de las energías limpias y renovables.
Por ejemplo, el almacenamiento de electricidad es crucial para el funcionamiento de los vehículos eléctricos, mientras que el almacenamiento de energía térmica puede ayudar a las organizaciones a reducir su huella de carbono. Los sistemas de almacenamiento de energía a gran escala también ayudan a las empresas de servicios a satisfacer la demanda de electricidad durante los periodos en que los recursos de energía renovable no producen energía.
Uno de los inventos más famosos diseñados para almacenar electricidad, la batería, data de 1800. El físico italiano Alessandro Volta utilizó una pila de discos de níquel, discos de zinc y almohadillas empapadas en agua salada para suministrar corriente eléctrica. Unos 60 años después, el físico francés Gaston Planté inventó una batería recargable que utilizaba plomo y ácido sulfúrico, conocida como batería de plomo-ácido.
Después, a principios del siglo XIX, el inventor estadounidense Thomas Edison creó un tipo diferente de pila recargable, que utilizaba níquel y hierro. Más tarde, en 1957, el ingeniero químico canadiense Lewis Urry desarrolló el prototipo de la pila alcalina moderna, tras investigar el uso que Edison hacía del zinc.
Otras dos formas de almacenamiento de energía utilizadas desde hace tiempo son el almacenamiento hidráulico por bombeo y el almacenamiento de energía térmica. El almacenamiento hidroeléctrico por bombeo, que es un tipo de almacenamiento de energía hidroeléctrica, se utilizaba ya en 1890 en Italia y Suiza antes de extenderse por todo el mundo.
El almacenamiento de energía térmica, o TES, ya se utilizaba en las neveras diseñadas para la conservación de alimentos a principios del siglo XIX. Los sistemas TES modernos han ayudado a calentar y enfriar edificios desde principios del siglo XX.
La capacidad de generación de electricidad en los sistemas de almacenamiento de energía puede medirse de dos maneras. La capacidad de potencia, o la cantidad máxima de electricidad generada de forma continua, se mide en vatios, como kilovatios (kW), megavatios (MW) y gigavatios (GW). La capacidad energética, o la cantidad total de energía almacenada, se mide en vatios-hora, como kilovatios-hora (kWh), megavatios-hora (MWh) y gigavatios-hora (GWh).
Los sistemas de almacenamiento de energía eléctrica (EES) suelen dar soporte a las redes eléctricas. Los sistemas de almacenamiento de energía para la generación de energía eléctrica incluyen:
El almacenamiento hidroeléctrico por bombeo, también conocido como energía hidroeléctrica de almacenamiento por bombeo, puede compararse con una batería gigante que consta de dos embalses de agua de diferentes elevaciones. La llamada batería se "carga" cuando se utiliza energía para bombear agua de un embalse más bajo a otro más alto.
El sistema de almacenamiento "descarga" energía cuando el agua, atraída por la gravedad, se devuelve al embalse de menor altitud y pasa a través de una turbina en el camino. El movimiento del agua a través de la turbina genera energía que se introduce en los sistemas de la red eléctrica.
El almacenamiento hidroeléctrico por bombeo es la tecnología de almacenamiento de energía más implementada en todo el mundo, según la Agencia Internacional de la Energía, y representará el 90 % del almacenamiento mundial de energía en 2020.1 Desde mayo de 2023, China lidera el mundo en capacidad operativa de almacenamiento por bombeo con 50 gigavatios (GW), lo que representa el 30 % de la capacidad mundial.2
Aunque los consumidores suelen pensar en las baterías como pequeños cilindros que alimentan sus dispositivos, las instalaciones de almacenamiento de baterías a gran escala, conocidas como sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS), pueden rivalizar en capacidad energética con algunas instalaciones de almacenamiento hidroeléctrico por bombeo. Estos sistemas de almacenamiento electroquímico varían en su composición y pueden incluir baterías de plomo-ácido, de flujo redox, de sales fundidas y de iones de litio.
Las baterías de iones de litio dominan actualmente el mercado de almacenamiento de baterías a escala de servicios. En 2023, la mayor instalación de almacenamiento con baterías de iones de litio del mundo se encontraba en el condado de Monterrey, California, con una capacidad de 550 megavatios.3 Las baterías de iones de litio también se utilizan en los vehículos eléctricos.
Un volante de inercia es una rueda giratoria que almacena energía cinética. La electricidad se utiliza para "cargar" la rueda haciéndola girar a altas velocidades, mientras que la rotación de la rueda a una velocidad constante almacena esa energía.
Los sistemas de almacenamiento de energía en volantes de inercia (FESS) se consideran una tecnología energética eficiente, pero pueden descargar electricidad durante periodos de tiempo más cortos que otros métodos de almacenamiento. Aunque Norteamérica domina actualmente el mercado mundial de volantes de inercia (en Nueva York, Pensilvania y Ontario se pueden encontrar grandes sistemas de almacenamiento de energía de este tipo), la demanda está aumentando en Europa.4
Esta tecnología energética funciona utilizando electricidad para comprimir el aire y almacenarlo bajo tierra, a menudo en cavernas. Para generar electricidad, el aire se libera y pasa por una turbina conectada a un generador eléctrico. Un puñado de plantas de CAES están operativas en todo el mundo, como en China, Canadá, Alemania y EE. UU.
El almacenamiento de energía térmica (TES) puede encontrarse en centrales eléctricas termosolares que utilizan sistemas de concentración de energía solar (CSP). Estos sistemas utilizan luz solar concentrada para calentar fluidos, como agua o sales fundidas. Aunque el vapor del fluido puede utilizarse para producir electricidad de forma inmediata, el fluido también puede almacenarse en tanques para su uso posterior.
La electricidad puede convertirse en hidrógeno para su almacenamiento mediante la electrólisis del agua, utilizando la electricidad para dividir las moléculas de agua en hidrógeno y oxígeno. La energía se libera cuando el hidrógeno se utiliza como combustible para la generación de electricidad, así como para el transporte.
Los supercondensadores son dispositivos electroquímicos que almacenan energía acumulando cargas eléctricas en electrodos (conductores eléctricos) llenos de una solución electrolítica. Pueden descargar electricidad rápidamente y tienen ciclos de vida largos.
El Departamento de Energía de EE. UU. considera que los supercondensadores están infrautilizados en el sistema eléctrico debido a su baja densidad energética, sus elevados costes y la falta de conocimiento de sus beneficios.5 La innovación continua en la tecnología de los supercondensadores podría reducir algunos de sus inconvenientes y aumentar su adopción.
El método de almacenamiento de energía térmica utilizado en las centrales eléctricas termosolares se conoce como almacenamiento de calor sensible, en el que el calor se almacena en materiales líquidos o sólidos. Otros dos tipos de TES son el almacenamiento de calor latente y el almacenamiento termoquímico. El almacenamiento de calor latente implica la transferencia de calor durante el cambio de fase de un material, como de sólido a líquido. El almacenamiento termoquímico consiste en utilizar procesos químicos para absorber calor y liberarlo posteriormente.
Además de su uso en centrales solares, el almacenamiento de energía térmica se utiliza habitualmente para calentar y enfriar edificios y para obtener agua caliente. El uso del almacenamiento de energía térmica para alimentar los sistemas de calefacción y aire acondicionado en lugar de gas natural y electricidad generada a partir de combustibles fósiles puede ayudar a descarbonizar los edificios, así como a ahorrar en costes energéticos.
Entre los beneficios de los sistemas de almacenamiento de energía para las redes eléctricas se incluye la capacidad de compensar las fluctuaciones del suministro energético: los sistemas de EES pueden retener el exceso de electricidad cuando está disponible y luego contribuir al suministro eléctrico en momentos en los que las fuentes de energía primaria no están aportando lo suficiente, especialmente durante los periodos de máxima demanda.
Además, los sistemas de EES propiedad de los clientes de la red pueden proporcionar energía de reserva de emergencia durante los cortes de la red e integrarse en microrredes. El apoyo que el almacenamiento de energía proporciona a las redes eléctricas se considera clave para ayudar a la transición mundial hacia la energía verde y lograr un futuro cero neto.
Los proyectos de almacenamiento de energía pueden ayudar a estabilizar el flujo energético proporcionando energía en momentos en los que las fuentes renovables no están generando electricidad: por la noche, por ejemplo, en el caso de las instalaciones de energía solar con células fotovoltaicas, o durante los días de calma en los que las turbinas eólicas no giran.
El tiempo durante el que un EES puede suministrar electricidad varía según el proyecto y el tipo de almacenamiento de energía. Los sistemas de almacenamiento con duraciones cortas suministran energía durante solo unos minutos, mientras que el almacenamiento diurno suministra energía durante horas. Los sistemas de almacenamiento de energía hidráulica por bombeo, de aire comprimido y algunas baterías proporcionan almacenamiento diurno, mientras que otros sistemas de baterías y los volantes de inercia permiten el almacenamiento de corta duración.
Los investigadores están trabajando en la mejora de las tecnologías energéticas para permitir que los sistemas de almacenamiento de energía eléctrica suministren energía durante 10 horas o más, lo que podría estabilizar aún más el suministro de energía a medida que se conecten más fuentes renovables.
El desarrollo de este tipo de almacenamiento de energía de larga duración (LDES) también cuenta con el apoyo de los responsables políticos, con países como España, el Reino Unido y EE. UU. desarrollando planes para fomentar los proyectos de LDES.
Ponga en marcha sus iniciativas de sostenibilidad gestionando el impacto económico de las inclemencias meteorológicas y el cambio climático en sus prácticas empresariales.
Mejore su estrategia de gestión de activos con un conjunto completo de operaciones y optimice el rendimiento con aplicaciones de HSE para el sector de la energía y los servicios públicos.
Alinee conceptos de regulaciones y estándares del sector, con los datos de su empresa para acelerar la conformidad con la normativa.
La energía renovable es energía generada a partir de fuentes naturales que se reponen más rápido de lo que se utilizan.
Las microrredes son redes eléctricas a pequeña escala que funcionan de forma independiente para generar electricidad para un área localizada, como un campus universitario, un complejo hospitalario, una base militar o una región geográfica.
La tecnología de red inteligente promete modernizar el sistema eléctrico tradicional.
La energía térmica se refiere a la energía dentro de un sistema que se crea por el movimiento aleatorio de moléculas y átomos.
La capacidad mundial de generación de energía renovable se está expandiendo más rápidamente que en ningún otro momento de los últimos treinta años.
Comprender las ventajas y desventajas de las energías renovables puede ayudar a las organizaciones a planificar mejor su implementación.
Notas a pie de página
1 “Grid-scale Storage” [Almacenamiento a escala de red] (enlace externo a ibm.com). Agencia Internacional de Energía. 11 de julio de 2023.
2 “New pumped-storage capacity in China is helping to integrate growing wind and solar power” [La nueva capacidad de almacenamiento por bombeo en China ayuda a integrar la creciente energía eólica y solar] (enlace externo a ibm.com). Today in Energy. Administración de Información Energética de EE. UU. 9 de agosto de 2023.
3 “Work continues on deconstruction of the old Moss Landing power plant” [Continúan los trabajos de deconstrucción de la antigua central eléctrica de Moss Landing] (enlace externo a ibm.com). Monterrey County Now. 24 de noviembre de 2023.
4 “Flywheel Energy Storage Market” [Mercado del almacenamiento de energía basado en volantes de inercia] (enlace externo a ibm.com). Straits Research. 2022.
5 “Technology Strategy Assessment: Findings from Storage Innovations 2030 Supercapacitors July 2023” [Evaluación de la estrategia tecnológica: conclusiones sobre innovaciones en almacenamiento para 2030, Supercondensadores, julio de 2023] (enlace externo a ibm.com). Departamento de Energía de EE. UU. Julio de 2023.