3 de diciembre de 2024
El almacenamiento de energía es la captura y retención de energía en reserva para su uso posterior.Las soluciones de almacenamiento de energía para la generación de electricidad incluyen almacenamiento hidroeléctrico por bombeo, baterías, volantes de inercia, almacenamiento de energía por aire comprimido, almacenamiento de hidrógeno y componentes de almacenamiento de energía térmica.
La capacidad de almacenar energía puede facilitar la integración de energía limpia y energía renovable en las redes eléctricas y 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 públicos a satisfacer la demanda de electricidad durante los períodos en que los recursos de energía renovable no producen energía.
La expansión de la energía renovable que es posible gracias al almacenamiento de energía puede suplantar y reducir algunos impactos ambientales y de producción de energía basados en combustibles fósiles.Este avance puede ayudar a los países a alcanzar sus objetivos de cero emisiones netas.
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La batería, uno de los inventos más famosos diseñados para almacenar electricidad, data de 1800.El físico italiano Andrew 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 usando plomo y ácido sulfúrico, conocida como batería de plomo-ácido.
Luego, a principios del siglo XIX, el inventor estadounidense Thomas Edison creó un tipo diferente de batería recargable, que empleaba níquel y hierro.El ingeniero químico canadiense Lewis Urry desarrolló más tarde el prototipo de la batería alcalina moderna en 1957, luego de investigar el uso del zinc por parte de Edison.
Otras dos formas de almacenamiento de energía empleadas durante mucho tiempo son el almacenamiento de energía hidroeléctrica bombeada y el almacenamiento de energía térmica . El almacenamiento de energía hidroeléctrica bombeada, que es un tipo de almacenamiento de energía hidroeléctrica, se empleó ya en 1890 en Italia y Suiza antes de extenderse por todo el mundo.
El almacenamiento de energía térmica (TES) se utilizaba en hieleras diseñadas para la preservación de alimentos en el inicio 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 se puede medir de dos maneras:
- La capacidad de energía, o la cantidad máxima de electricidad generada continuamente, se mide en vatios, como kilovatios (kW), megavatios (MW) y gigavatios (GW).
- La capacidad de energía, 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 (ESS) suelen dar soporte a las redes eléctricas.Los tipos de sistemas de almacenamiento de energía incluyen:
- Almacenamiento de energía hidroeléctrica bombeada
- Sistemas de almacenamiento de energía en baterías
- Volantes
- Almacenamiento de energía por aire comprimido
- Almacenamiento de energía térmica
- Almacenamiento de hidrógeno
- Supercondensadores
Almacenamiento de energía hidroeléctrica bombeada
El almacenamiento de energía hidroeléctrica bombeada, también conocido como energía hidroeléctrica de almacenamiento por bombeo, se puede comparar con una batería gigante que consta de dos depósitos de agua de diferentes elevaciones.La llamada batería se "carga" cuando se emplea energía para bombear agua de un depósito inferior a un depósito superior.
El sistema de almacenamiento de energía "descarga" energía cuando el agua, atraída por la gravedad, se libera de nuevo al depósito de menor elevación y pasa a través de una turbina en el camino.El movimiento del agua a través de la turbina genera energía que se alimenta a los sistemas de red eléctrica.
El almacenamiento de energía hidroeléctrica bombeada es la tecnología de almacenamiento de energía más desplegada en todo el mundo, según la International Energy Agency, y representó el 90 % del almacenamiento mundial de energía en 2020.1 A 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 global.2
Sistemas de almacenamiento de energía en baterías
Un sistema de almacenamiento de energía de batería (BESS) es un sistema de almacenamiento electroquímico que permite que la electricidad se almacene como energía química y se libere cuando se necesita.Los tipos comunes incluyen baterías de plomo-ácido y de iones de litio, mientras que las tecnologías más nuevas incluyen baterías de estado sólido o de flujo.
Las baterías de iones de litio dominan actualmente el mercado del almacenamiento en 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 megavatios.3 Las baterías de iones de litio también se emplean en vehículos eléctricos.
Se espera que, en los próximos años, las soluciones de almacenamiento en baterías superen en cuota de mercado a las hidroeléctricas de bombeo, a medida que los países de todo el mundo inviertan más en soluciones de almacenamiento en baterías a escala de red.En EE. UU., por ejemplo, se espera que la capacidad instalada de baterías se duplique en 2024, con la mayoría de las nuevas instalaciones de BESS situadas en Texas y California.4
Si bien gran parte de las inversiones en BESS del mundo se realizan en economías grandes y avanzadas, los países en desarrollo reciben asistencia para instalaciones de almacenamiento de baterías a través de programas como la Alianza para el Almacenamiento de Energía del Banco Mundial.
Volantes
Un volante de inercia es un dispositivo mecánico de almacenamiento de energía en el que una rueda giratoria almacena energía cinética.La electricidad se emplea para "cargar" la rueda haciéndola voltear a altas velocidades, mientras que la rotación de la rueda a una velocidad constante almacena esa energía.
Los sistemas de almacenamiento de energía de volante de inercia (FESS) se consideran una tecnología energéticamente eficiente, pero pueden descargar electricidad durante períodos más cortos que otros métodos de almacenamiento.Si bien Norteamérica domina actualmente el mercado global de volantes de inercia (los grandes sistemas de almacenamiento de energía de volantes de inercia se pueden encontrar en Nueva York, Pensilvania y Ontario), la demanda está aumentando en Europa.5
Almacenamiento de energía por aire comprimido
Esta tecnología energética funciona mediante el uso de electricidad para comprimir el 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.Unas cuentas plantas de almacenamiento de energía de aire comprimido (CAES) están operativas en todo el mundo, como en China, Canadá, Alemania y Estados Unidos.
Almacenamiento de energía térmica en plantas de energía solar
El almacenamiento de energía térmica (TES) se puede encontrar en plantas de energía solar térmica que emplean sistemas de energía solar de concentración (CSP).Estos sistemas emplean luz solar concentrada para calentar fluidos, como agua o sal fundida.Si bien el vapor del fluido se puede emplear para producir electricidad inmediatamente, el fluido también se puede almacenar en tanques para su uso posterior.
Almacenamiento de hidrógeno
La electricidad se puede convertir en hidrógeno para su almacenamiento a través de la electrólisis del agua, empleando la electricidad para dividir las moléculas de agua en hidrógeno y oxígeno.La energía se libera cuando el hidrógeno se emplea como combustible para generar 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.
Supercondensadores
Los supercondensadores son dispositivos electroquímicos que almacenan energía mediante la recopilación de cargas eléctricas en electrodos (conductores eléctricos) llenos de una solución de electrolitos.Pueden descargar electricidad rápidamente y tener ciclos de vida largos.A veces, se consideran reemplazos potenciales para las baterías de iones de litio, pero tienen una menor densidad de energía.6
¿Cómo apoya el almacenamiento de energía la expansión de las energías renovables y los objetivos de cero neto?
Los beneficios de los sistemas de almacenamiento de energía se extienden a las redes eléctricas debido a su capacidad para compensar las fluctuaciones de los suministros de energía.Un ESS puede contener el exceso de electricidad cuando está disponible, a menudo durante períodos de bajo consumo de electricidad por la noche y por la mañana.Luego, un ESS puede contribuir al suministro de electricidad en momentos en que las fuentes de energía primaria no contribuyen lo suficiente, especialmente durante las horas pico de uso de energía, como al final de la tarde y la noche.
Además, los sistemas ESS que son propiedad de los clientes de la red pueden proporcionar energía de respaldo de emergencia durante las interrupciones de la red e integrarse en microrredes.
La flexibilidad que aportan los ESS a las redes eléctricas puede ayudar a integrar las energías renovables y ecológicas (tanto instalaciones a escala comercial, como recursos energéticos distribuidos de menor tamaño) en sistemas eléctricos que antes dependían de los combustibles fósiles. Los proyectos de almacenamiento de energía renovable pueden ayudar a estabilizar el flujo de energía suministrando energía en momentos en que las fuentes de energía renovable no están generando electricidad. Por ejemplo, suministran energía por la noche a las instalaciones de energía solar con células fotovoltaicas o durante los días de calma, cuando las turbinas eólicas no voltean.
Por el contrario, el ESS también es útil en los casos en que las fuentes de energía renovable producen un exceso de electricidad: generación de energía solar en tardes soleadas o generación de energía eólica en días ventosos, 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 a hacer la transición a la energía limpia y lograr un futuro con cero emisiones netas. A medida que los países aumentan su uso de energía renovable, pueden reducir su dependencia de la energía de los combustibles fósiles.Este cambio puede frenar significativamente sus emisiones de gases de efecto invernadero y ayudarlos a lograr la sustentabilidad en el consumo y producción de energía.
La duración del tiempo que un ESS puede suministrar electricidad varía según el proyecto y el tipo de almacenamiento de energía.Los sistemas de almacenamiento de energía con duraciones cortas suministran energía durante solo unos minutos, mientras que el almacenamiento de energía diurno suministra energía durante horas.Los sistemas de almacenamiento de energía hidroeléctrica de bombeo, 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 costos de energía y las cortas duraciones de almacenamiento pueden ser obstáculos en la adopción de algunos sistemas de almacenamiento de energía, pero los investigadores están trabajando para superar esos obstáculos.Las innovaciones en tecnologías de energía podrían permitir que los sistemas de almacenamiento de energía eléctrica de bajo costo 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 dicho almacenamiento de energía de larga duración (LDES) también cuenta con el apoyo de los responsables políticos, con países como España, el Reino Unido y Estados Unidos desarrollando planes para fomentar proyectos LDES.
Notas de pie de página
Todos los enlaces son externos a ibm.com.
1 “Grid-scale Storage,” International Energy Agency, 11 de julio de 2023.
2 “New pumped-storage capacity in China is helping to integrate growing wind and solar power,” Today in Energy, US Energy Information Administration, 9 de agosto de 2023.
3 “Work continues on deconstruction of the old Moss Landing power plant,” Sara Rubin, Monterey County Now, 24 de noviembre de 2023.
4 “Texas kicks on with solar, storage as developers eye profits,” Mark Shenk, Reuters, 11 de abril de 2024.
5 “Flywheel Energy Storage Market,” Straits Research, 12 de agosto de 2024.
6 “Supercapacitor technologies: Is graphene finally living up to its full potential?,” CAS, 7 de julio de 2023.
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