¿Qué es el almacenamiento de energía?

La capacidad de almacenar energía puede facilitar la integración de la energía limpia y las energías renovables en las redes eléctricas y en el uso diario del mundo real. Por ejemplo, el almacenamiento de electricidad a través de baterías alimenta los vehículos eléctricos, mientras que los sistemas de almacenamiento de energía a gran escala ayudan a las empresas de servicios a satisfacer la demanda de electricidad durante los periodos en que los recursos de energía renovable no están produciendo energía.

La expansión de las energías renovables, que ha sido posible gracias al almacenamiento de energía, puede suplantar y reducir parte de la producción de energía basada en combustibles fósiles y sus impactos medioambientales. Este avance puede ayudar a los países a alcanzar sus objetivos de emisiones cero neto.

La batería, uno de los inventos más famosos diseñados para almacenar electricidad, se remonta al año 1800. El físico italiano Alessandro Volta utilizó un montón 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 con 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 batería 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 mucho 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 (TES) se utilizaba en las neveras diseñadas para la conservación de alimentos a principios del siglo XIX. Los sistemas de TES modernos han ayudado a calentar y enfriar edificios desde principios del siglo XX.

La capacidad de generación de electricidad de los sistemas de almacenamiento de energía puede medirse de dos maneras:

1. La capacidad de potencia, o la cantidad máxima de electricidad que se genera de forma continua, se mide en vatios, como kilovatios (kW), megavatios (MW) y gigavatios (GW).
   
   
2. 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 (SAE) eléctrica suelen dar soporte a las redes eléctricas. Entre los tipos de sistemas de almacenamiento de energía se incluyen:

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• Almacenamiento hidroeléctrico por bombeo
• Sistemas de almacenamiento de energía en baterías
• Volantes de inercia
• Almacenamiento de energía en aire comprimido
• Almacenamiento de calor
• Almacenamiento de hidrógeno
• Supercondensadores

El almacenamiento hidroeléctrico por bombeo, también conocido como energía hidroeléctrica de almacenamiento por bombeo, puede compararse con una batería gigante que consta de dos depósitos de agua de diferentes alturas. La llamada batería se "carga" cuando se utiliza energía para bombear agua de un depósito más bajo a otro más alto.

El sistema de almacenamiento de energía "descarga" energía cuando el agua, arrastrada por la gravedad, se devuelve al depósito de menor altura y pasa a través de una turbina por 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 representó el 90 % del almacenamiento mundial de energía en 2020¹. 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 mundial².

Un sistema de almacenamiento de energía en baterías (BESS) es un sistema de almacenamiento electroquímico que permite almacenar electricidad como energía química y liberarla cuando se necesita. Los tipos más comunes son las baterías de plomo-ácido y de iones de litio, mientras que las tecnologías más recientes incluyen las baterías de estado sólido o de flujo.

Las baterías de iones de litio dominan actualmente el mercado de almacenamiento de baterías a escala de red. En 2023, la mayor instalación de almacenamiento de baterías de iones de litio del mundo se encontraba en el condado de Monterrey (California), con una capacidad de 550 megavatios³. Las baterías de iones de litio también se utilizan en los vehículos eléctricos.

Se espera que las soluciones de almacenamiento superen al almacenamiento hidroeléctrico por bombeo en cuota de mercado en los próximos años, a medida que países de todo el mundo inviertan más en soluciones de almacenamiento con baterías a escala de red. En EE. UU., por ejemplo, se espera que la capacidad instalada de las baterías se duplique en 2024, con la mayoría de las nuevas instalaciones de BESS ubicadas en Texas y California⁴.

Aunque gran parte de las inversiones mundiales en BESS se producen en economías grandes y avanzadas, los países en vías de desarrollo reciben ayuda para la instalación de almacenamiento en baterías a través de programas como la Alianza para el Almacenamiento de Energía del Banco Mundial.

Un volante de inercia es un dispositivo de almacenamiento de energía mecánica en el que una rueda giratoria 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 con volante de inercia (FESS) se consideran una tecnología energéticamente 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), la demanda está aumentando en Europa⁵.

Esta tecnología energética funciona mediante el uso de electricidad para comprimir aire y almacenarlo bajo tierra, a menudo en cavernas. Para generar electricidad, el aire se libera y pasa a través de una turbina que está conectada a un generador eléctrico. Hay varias plantas de almacenamiento de energía en aire comprimido (CAES) en funcionamiento en todo el mundo, entre ellas 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 depósitos para su uso posterior.

La electricidad puede convertirse en hidrógeno para su almacenamiento mediante la electrólisis del agua, que consiste en utilizar 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 y para el transporte. El almacenamiento de hidrógeno se considera una tecnología crítica para las pilas de combustible, que generan electricidad mediante reacciones químicas.

Los supercondensadores son dispositivos electroquímicos que almacenan energía mediante la recolección de cargas eléctricas en electrodos (conductores eléctricos) llenos de una solución electrolítica. Pueden descargar electricidad rápidamente y tienen largos ciclos de vida. A veces se consideran sustitutos potenciales de las baterías de iones de litio, pero tienen menor densidad energética⁶.

Los beneficios de los sistemas de almacenamiento de energía se extienden a las redes eléctricas debido a su capacidad para compensar las fluctuaciones en el suministro de energía. Un SAE puede almacenar el exceso de electricidad cuando está disponible, a menudo durante los periodos de bajo consumo de electricidad por la noche y por la mañana. Luego, un SAE puede contribuir al suministro de electricidad en momentos en que las fuentes de energía primarias no están contribuyendo lo suficiente, especialmente durante las horas pico de uso de energía, como al final de la tarde y por la noche.

Además, los sistemas SAE que son propiedad de los clientes de la red pueden proporcionar energía de reserva de emergencia durante los cortes de la red y pueden integrarse en microrredes. 

La flexibilidad que un SAE proporciona a las redes eléctricas puede ayudar a integrar la energía renovable y ecológica (tanto en instalaciones a escala de servicios como en recursos energéticos distribuidos más pequeños) en sistemas eléctricos que antes dependían de combustibles fósiles. Los proyectos de almacenamiento de energía renovable pueden ayudar a estabilizar el flujo de energía al proporcionar energía en momentos en que las fuentes de energía renovables no están generando electricidad. Por ejemplo, suministran energía por la noche a instalaciones de energía solar con células fotovoltaicas o durante días tranquilos en los que las turbinas eólicas no giran.

Por el contrario, el SAE también es útil en los casos en que las fuentes de energía renovables producen un exceso de electricidad, como la generación de energía solar en las tardes soleadas o la generación de energía eólica en los días de viento, por ejemplo. Las soluciones de almacenamiento de energía renovable garantizan que el exceso de electricidad no se desperdicie.

El apoyo que el almacenamiento de energía proporciona a las redes eléctricas se considera clave para ayudar a los países en la transición hacia la energía limpia y lograr un futuro con emisiones de carbono cero neto. A medida que los países aumentan el uso de energías renovables, pueden reducir su dependencia de la energía procedente de combustibles fósiles. Este cambio puede reducir significativamente sus emisiones de gases de efecto invernadero y ayudarles a lograr la sostenibilidad en el consumo y la producción de energía.

La duración del suministro de electricidad de un SAE varía según el tipo y el proyecto de almacenamiento de energía. Los sistemas de almacenamiento de energía de corta duración suministran energía durante unos minutos, mientras que los de almacenamiento diurno suministran energía durante horas. Los sistemas de almacenamiento de energía de bombeo hidráulico, aire comprimido y algunos sistemas de almacenamiento de energía de baterías proporcionan almacenamiento diurno, mientras que otros sistemas de baterías y volantes de inercia admiten almacenamiento de corta duración.

Los altos costes energéticos y los cortos periodos de almacenamiento pueden ser obstáculos para la adopción de algunos sistemas de almacenamiento de energía, pero los investigadores están trabajando para superarlos. Las innovaciones en las tecnologías energéticas podrían permitir que los sistemas de almacenamiento de energía eléctrica de bajo coste suministren energía durante 10 horas o más, lo que podría estabilizar aún más el suministro de energía a medida que se conecten más fuentes de energía renovable.

El desarrollo de este almacenamiento de energía de larga duración (LDES) también cuenta con el apoyo de los responsables políticos, y países como España, el Reino Unido y EE. UU. están elaborando planes para fomentar los proyectos de LDES.