El papel del almacenamiento de energía con generación de electricidad a partir de fuentes renovables

La variabilidad de las fuentes renovables ha originado que surjan preocupaciones relativas a la fiabilidad a la fiabilidad de la red eléctrica que deriva del aumento de la fracción de energía que se integra en la red y de los costes de integrar fiablemente gran cantidad de energía variable en las redes eléctricas. Debido a que el viento no siempre sopla y el sol no siempre brilla en cualquier localización, cada vez hay más voces que apuntan a la necesidad de desplegar el almacenamiento de energía como un componente esencial de los sistemas de energía del futuro.

Para determinar el papel potencial del almacenaje en la red del futuro, es importante examinar los impactos económicos y técnicos de las fuentes renovables variables. Es también importante examinar la economía de las distintas tecnologías incluyendo respuesta de demanda, transmisión, generación flexible, y prácticas operacionales mejoradas. Adicionalmente, si bien hay un claro beneficio en el uso del almacenamiento de energía para conseguir una mayor penetración de la energía eólica y solar, es importante considerar el potencial de almacenamiento de energía en relación a las necesidades del sistema de generación de energía eléctrica como un todo.

En este artículo, exploramos el papel del almacenamiento de energía en la red eléctrica, centrándonos en los efectos del despliegue a gran escala de fuentes de energía renovables.

OPERACIÓN DE LA RED ELÉCTRICA

La operación de los sistemas de potencia eléctrica implica un proceso complejo de previsiones en la demanda de electricidad, y planificación y operación de un gran número de plantas de potencia que cumplen una demanda variable. El suministro instantáneo de electricidad debe siempre satisfacer una demanda cambiante.

ALMACENAMIENTO DE ELECTRICIDAD EN LA RED EXISTENTE

El despliegue de almacenamiento de energía es dependiente de los méritos económicos de las tecnologías de almacenamiento comparadas con alternativas más convencionales usadas para seguir la carga.

Antes de la llegada de turbinas de gas eficientes típicamente usadas para seguir las cargas y proporcionar reservas, las compañías generadoras dependían típicamente de turbinas de vapor de gas o diesel (y presas hidroeléctricas donde estaban disponibles. Las restricciones de hidrocarburos llevaron a las compañías generadoras a evaluar la posibilidad de almacenamiento de energía hidroeléctrica mediante bombeo (ver tecnologías de almacenamiento de la energía eólica) como alternativa a evitar los picos de carga.

Actualmente, el bombeo hidroeléctrico es actualmente una alternativa más económica que las fuentes de generación en el periodo pico.

En los años 70 se iniciaron investigaciones sobre una gran cantidad de tecnologías de almacenaje incluyendo varios tipos de baterías, condensadores, y almacenamiento magnético superconductor. Pero la emergencia de otras tecnologías y la caída del precio del gas natural a finales de los 80, la eficiencia y reducción de costes en las plantas de ciclo combinado cambiaron la situación.

Reciente interés renovado en el almacenamiento de energía ha sido motivado por al menos cinco factores: Avances en las tecnologías de almacenamiento, incremento en los precios de los combustibles fósiles, despliegue de mercados de energía desregulados incluyendo mercados para servicios auxiliares de alto valor, desafíos a las nuevas instalaciones de distribución y transmisión, y la necesidad percibida y oportunidades para el almacenamiento con generadores renovables variables.

La aparición masiva de mercados mayoristas de productores de energía hace aparecer oportunidades de almacenamiento de energía. Los datos de mercado permiten la evaluación tanto de la producción económica como la producción económica y localización óptima de dispositivos para almacenamiento. El objetivo de esta nueva estrategia es comprar energía fuera del periodo pico a bajo coste y venderla durante el periodo pico.

Actualmente existen medios para evaluar los beneficios de proporcionar reservas de operación y otros servicios auxiliares a partir del almacenamiento de energía. Hasta ahora estos costes estaban escondidos en los costes de servicio y los costes de proporcionar reservas de operación, por ejemplo, raramente se calculaban. El alto valor de estos servicios es actualmente reconocido, especialmente porque estos servicios requieren rápida respuesta y un reparto de energía actual limitado, dos cualidades bien convenientes para muchos dispositivos de almacenaje de energía.

OTRAS APLICACIONES DEL ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA

Además del arbitraje de energía y las reservas de operación, hay varios servicios que el almacenamiento de energía ha probado puede proporcionar a las redes de distribución. Algunas de estas aplicaciones son las siguientes:

Transmisión y distribución

Además de la generación, el almacenaje puede actuar como una alternativa o suplemento a los nuevos sistemas de transmisión y distribución. Los sistemas de distribución deben dimensionarse para demanda pico; y cuando la demanda creciente, nuevos sistemas (tanto líneas como subestaciones) deben instalarse. La construcción de nuevas líneas de distribución es costoso de construir, y pueden eludirse o retrasarse desplegando almacenamiento distribuido cerca de la carga (la energía puede almacenarse fuera de los periodos pico cuando el sistema está ligeramente cargado, y descargado durante los periodos picos cuando el sistema puede estar sobrecargado. El almacenamiento de energía puede también reducir las altas tasas de pérdidas que ocurren durante la demanda pico.

Rearme de plantas de potencia

El rearme proporciona capacidad y energía después del fallo de un sistema. Una unidad de reame proporciona energía para ayudar a otras unidades a arrancar y proporcionar una frecuencia de referencia para sincronización. Las unidades hidro bombeadas se han usado para esta aplicación.

Estabilidad y calidad de la energía

El almacenaje de energía puede usarse para asistir en una clase general de servicios referidos como calidad y estabilidad de la red (ver Los motores eléctricos ante problemas de calidad e inestabilidad de la red eléctrica). Los dispositivos de almacenaje a menudo se usan en las instalaciones del cliente para amortiguar en equipos sensibles los problemas de la calidad de la energía. Los sistemas de energía eléctrica pueden también experimentar oscilaciones de frecuencia y voltaje. El sistema eléctrico puede experimentar oscilaciones en voltaje y frecuencia.

Aplicaciones remotas/uso final

Otras aplicaciones de almacenamiento de energía son las que realiza el usuario final. El almacenamiento proporciona capacidad para gestionar la energía de la red en relación a las distintas tarifas que aplican las compañías suministradoras, y las cargas de demanda en grandes edificios comerciales o industriales.

El almacenamiento de energía proporciona una solución de apoyo para incrementar la fiabilidad. En muchos casos, las aplicaciones de uso final tienen aplicaciones análogas en la red. Para estudiar estas aplicaciones hay que estudiar a fondo cada lugar.

Bibliiografía: The Role of Energy Storage with Renewable Electricity Generation. NREL/TP-6A2-47187. January 2010