Las energías renovables, como por ejemplo la energía eólica y la energía solar, tienen un increíble y amplísimo potencial para reducir la dependencia de combustibles fósiles y emisiones de gases de invernadero en el sector de la energía eléctrica. En cuanto al cambio climático, hay muchas iniciativas a escala global que incluyen el uso de energías renovables. Ello, sumado a los esfuerzos de los usuarios, ha permitido que haya un significativo avance tecnológico en el sector de las energías alternativas. Tanto la energía fotovoltaica como la eólica tienen una producción variable y en alguna medida, incierta, por lo que a veces se la denomina “intermitente”, a diferencia de otras fuentes, no renovables, utilizadas para la producción de electricidad.

bombilla hombre

La variabilidad de estos recursos ha llevado a instituciones y empresas relacionadas con el sector a tener una cierta preocupación sobre si estas energías renovables son realmente fiables para que sobre sus hombros descanse una gran proporción de la producción eléctrica a escala regional, nacional o global. Hay ejemplos de países que han complementado con otras formas de energías renovables (por ejemplo, la biomasa o la energía geotérmica), y con un uso eficiente de las energías no renovables, pero aun así el tema del almacenamiento de la energía producida de forma renovable sigue siendo un asunto de gran importancia.

Como el viento no siempre sopla con la misma intensidad y el sol no siempre brilla con la misma fuerza, el almacenamiento de la energía producida se convierte en un elemento protagónico de la producción eficiente de energía gracias a fuentes renovables y limpias.

En certificadodeeficienciaenergetica.com, como especialistas del área de la eficiencia y la certificación energética, consideramos pertinente profundizar en el rol de este almacenamiento, sobre todo en grandes ciudades como Madrid, en que el consumo de energía es elevado.

Beneficios en el almacenamiento de la energía

La red eléctrica es un sistema complejo en que el insumo energético y la demanda deben ser equivalentes en cualquier momento dado. Los ajustes constantes en el insumo son necesarios para poder lidiar con los cambios inesperados de la demanda, tales como la propia actividad humana (cambiante día tras día) y otros cambios debidos a sobrecargas o tormentas. En este sentido, el almacenamiento de la energía juega un papel muy importante en este balance, creando una red más flexible y confiable.

puesta de sol

Por ejemplo, cuando hay más insumos que demanda, como por ejemplo durante la noche, en que las plantas de energía continúan operando, la generación de un exceso de electricidad puede usarse para llenar los dispositivos de almacenamiento. Cuando la demanda sea mayor que los insumos, estos dispositivos liberarán su energía almacenada a la red.

Precisamente porque algunas formas de energía renovable como la eólica y la solar tienen una producción variable, los dispositivos de almacenamiento cobran cotidianamente una mayor importancia para regular la oferta y la demanda en la red eléctrica.

Los dispositivos de almacenamiento energético también tienen un gran valor por su respuesta rápida: pueden ingresar energía a la red con gran facilidad, en tanto que las fuentes provenientes directamente de energías fósiles pueden tomar más tiempo. Esta respuesta rápida es importante para asegurar la estabilidad de la red cuando haya una demanda incrementada inesperada.

El almacenamiento energético cobra mayor importancia para los pueblos o asentamientos que están alejados de la red eléctrica. Este detalle quizá no es tan importante en ciudades como Madrid, pero cabe pensar en hogares que están lejos de las áreas metropolitanas. Las islas y las pequeñas redes eléctricas desconectadas de la gran red, dependen de los dispositivos de almacenamiento de energía para asegurar una cierta estabilidad, funcionando como las pilas o baterías de una lámpara de mano utilizada mientras acampamos.

Tecnologías de almacenamiento energético

Existen diferentes energías de almacenamiento que pueden contribuir a mantener la estabilidad de la red de electricidad, desde la generación de la energía hasta el uso final que el consumidor realice.

Almacenamiento térmico

Este tipo de almacenamiento se utiliza para la generación de electricidad que utiliza energía del sol, incluso cuando el sol no brilla. Las plantas que concentran la energía solar pueden capturar el calor y almacenar la energía en agua, soluciones salinas u otros fluidos. Esta energía almacenada se utiliza posteriormente para generar electricidad, permitiendo el uso de la energía solar después del atardecer.

El almacenamiento térmico también puede utilizarse del otro lado de la cadena de la producción energética, es decir, de parte del consumidor. Un método es congelando agua por la noche utilizando un pico bajo de la electricidad, y después liberar la energía fría del hielo almacenada en forma de aire acondicionado durante el día. Aplicaciones muy interesantes de este tipo de almacenamiento se están analizando para no sólo usarlas en enfriamiento/ventilación, sino también en la producción de agua caliente sanitaria.

Aire comprimido

El almacenamiento vía aire comprimido (CAES por sus siglas en inglés, Compressed Air Energy Storage) se vale del potencial elástico del aire comprimido para mejorar la eficiencia de las turbinas convencionales de gas.

grifo

Este tipo de sistemas comprimen el aire utilizando la electricidad en los momentos de menor consumo y después almacenan este aire en cuevas subterráneas. Cuando se presentan picos de demanda elevada, se jala el aire de su espacio de almacenamiento y se inyecta junto con gas natural en una turbina de combustión para generar electricidad. Este método utiliza sólo un tercio del gas natural usado en formas más convencionales de producción de energía eléctrica. No en todos los emplazamientos se pueden usar plantas de aire comprimido, pero dentro de la Unión Europea, Alemania tiene una en Huntorf que muestra la viabilidad de estos proyectos.

Hidrógeno

El hidrógeno se puede utilizar como un combustible que no usa carbón para la generación de electricidad. El “exceso” de electricidad se utiliza para crear hidrógeno, mismo que puede almacenarse en celdas energéticas, motores o turbinas de gas para generar electricidad, sin generar emisiones contaminantes. Existen mecanismos eficientes para crear hidrógeno gracias a la energía eólica y así mantener la producción eléctrica cuando el viento no sopla.

Volantes de inercia

Un volante de inercia ofrece diversos beneficios a la red eléctrica ya sea durante la transmisión de la energía o en su distribución, almacenando la energía en forma de una masa giratoria.

Este dispositivo tiene la forma de un cilindro y contiene un volante que gira dentro de un vacío. Cuando el volante jala electricidad de la red, éste acelera a velocidades muy elevadas, almacenando la electricidad como energía rotatoria. Para poder acumular energía, el volante cambia a modo de “generación” energética, baja su velocidad y sigue girando gracias a la inercia, regresando la electricidad a la red.

Los volantes de inercia tienen una vida larga y no precisan gran cantidad de mantenimiento. Son dispositivos con una alta eficiencia y un tiempo de respuesta mínimo. Se pueden usar en todo tipo de comunidades e incluso cerca de centros densamente poblados.

Se pueden conectar varios volantes en una especie de “granja de volantes de inercia” para poder almacenar mega watts de energía.

Baterías

La noción de batería está bien difundida gracias a que es un dispositivo que usamos en la vida cotidiana: en ordenadores, móviles o lámparas.

Como los volantes de inercia, las baterías se pueden ubicar en cualquier parte y son perfectas para usarse como almacenamiento cerca de los consumidores para proporcionarle estabilidad a la red eléctrica.

bombilla pila

Hay muchos tipos de baterías con un gran potencial de almacenamiento de energía, incluyendo las de sulfuro de sodio, las celdas electroquímicas metal-aire, las de litio, y las de plomo y ácido. Hay distintos tipos de instalaciones con baterías en donde hay producción de energía eólica, que permiten dar una gran estabilidad a la red eléctrica más allá de si el viento sopla o no en un momento dado.

El futuro del almacenamiento de la energía

Actualmente, hay diversas tecnologías de almacenamiento energético que se investigan y prueban en distintas latitudes, y no es probable que todas se comercialicen debido a distintos obstáculos.

El almacenamiento de la energía es caro, especialmente si no existen políticas que reconozcan el valor y los beneficios concretos que representa para la red eléctrica en su totalidad y para la mayor utilización de energías limpias y renovables. Además, actualmente no es tan necesario tener un respaldo porque aún se confía mucho en los hidrocarburos para la producción de energía.

A pesar de estas barreras, y enfocándose en el uso de energías renovables para cumplir con las exigencias que demanda la responsabilidad ecológica actual, la investigación en cuanto a almacenamiento de energía cada vez avanza más y explora nuevas formas de guardar la energía.

En España y en Madrid

La eficiencia energética y el uso de energías renovables tienen cada vez mayor presencia en el mercado energético español y en específico en grandes metrópolis como Madrid. Diferentes aproximaciones se intentan de forma que se otorgue estabilidad a la red energética, por ejemplo:

  1. El uso de hidrógeno. Como ya hemos explicado, esta tecnología permite almacenar óptimamente la energía fotovoltaica y eólica, integrándolo con un sistema híbrido con baterías de hidrógeno capaces tanto de dar energía a un vehículo eléctrico como de proporcionar insumos a la red de consumo doméstico. Algunas investigaciones locales al respecto pueden consultarse en la web del Centro Nacional del Hidrógeno.
  2. Otros sistemas probados por la Universidad Politécnica de Madrid utilizan silicio fundido. La ventaja de éstos es que el silicio es un material abundante en la naturaleza y que además, son capaces de almacenar una gran cantidad de energía. Si esta tecnología se desarrolla a su punto óptimo, es capaz de disminuir significativamente el precio de la creación de centrales termosolares de bajo costo. La idea es guardar la energía en forma de calor en silicio fundido, a una elevadísima temperatura. Este material puede almacenar hasta un megavatio-hora de energía por metro cúbico, lo que lo posiciona como un avance de punta en la materia. Además, el propio almacenamiento es eficiente: debido a que el silicio a la temperatura requerida brilla con una gran intensidad, las células fotovoltaicas (o termovoltaicas para usar la terminología adecuada) pueden utilizarse para convertir esta radiación lumínica en electricidad. La solución se encuentra en una etapa avanzada de su desarrollo y son elevadas las probabilidades de que pueda usarse en el mediano plazo en el sector residencial de Madrid y otras grandes ciudades españolas (y europeas).

Lo más importante es notar que la eficiencia de las tecnologías de almacenamiento y la facilidad en conseguir los materiales requeridos para su fabricación son dos elementos claves en que su uso se masifique y que con ello la red eléctrica pueda depender cada vez más de energías renovables y limpias para la producción de la cantidad de energía necesaria para una gran urbe o bien una pequeña comunidad aislada.

Los esfuerzos madrileños, españoles y europeos son alentadores pues muestran que hay una salida adecuada prevista en el futuro cercano, de forma que se puedan abandonar los métodos tradicionales de producción eléctrica que han sido el paradigma de este sector desde el siglo XX.

El uso de energías limpias y su combinación con la implementación de medidas de eficiencia energética son sin duda la única ruta para que la población no pierda los satisfactores otorgados por la electricidad pero a su vez, tenga un menor impacto en la naturaleza al obtener esta energía.