Últimos avances en almacenamiento de energía para aplicaciones de generación eólica y solar (1ª PARTE)

Planta de almacenamiento de energía

Tratamos nuevamente un aspecto crítico de la generación, el almacenamiento de energía. A nuestro parecer si se sabe gestionar correctamente un sistema de generación distribuida la capacidad competitiva es muy alta. Al producir nuestra propia energía nos evitamos las pérdidas de distribución y reparto y tampoco hay intermediarios que generen o comercialicen. El problema es que generar para consumo propio y saber repartir la energía entre las cargas es bastante complejo incluso a pequeña escala. Uno de los puntos críticos es el almacenamiento de la energía. Vamos a volver a hablar de ello.

Uno de los problemas a los que se enfrenta quien desea gestionar su propia energía es que las compañías distribuidoras nos han acostumbrado a una disponibilidad ilimitada de energía. Los usuarios están acostumbrados a encender un interruptor y tener luz sin problema.

Hoy en día los sistemas automáticos modernos de control de la generación pueden responder rápidamente a los cambios en la demanda y actuando en una cuestión crítica en generación: el equilibrio del sistema. Es por ello que en los grandes sistemas de distribución es impracticable hoy en día.
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La irrupción de las energías renovables

En la última década han aparecido nuevos fenómenos como la inyección de energía eléctrica a las redes a partir de fuentes renovables. Estas fuentes pueden llegar a escala de varios megavatios pero también puede ser a nivel micro. El trabajo ha empezado a complicarse como consecuencia de estas nuevas fuentes de generación. En los países donde la integración de las energías renovables es ya importante, como ocurre en España, es necesario predecir con exactitud la cantidad de energía que van a producir las centrales fotovoltaicas y las eólicas. Esto debe hacerse incluso de hora en hora para equilibrar el sistema. Ya que tenemos periodos en los que la energía sobra es muy tentador almacenarla para usarla cuando falte. Sin embargo, esta estrategia está muy poco extendida en las grandes redes de distribución.  En Estados Unidso, 10 plantas de bombeo de agua y una planta de almacenamiento de aire comprimido cumplen esta función. En España tenemos también la planta de bombeo de agua más importante de Europa (ver aquí). Pero todo esto está cambiando, nuevas tecnologías emergentes pueden variar el panorama en poco tiempo. grandes cantidades de electricidad procedente de los grandes parques eólicos continuarán incrementándose (aunque a un ritmo más lento en el futuro).
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El problema de equilibrar la generación renovable con otras demandas ambientales también está forzando a algunas generadoras a tomar duras decisiones. Un buen ejemplo es cuando la producción de grandes cantidades de energía en las centrales hidroeléctricas coincide con un incremento notable en la producción eólica y a la vez con periodos de baja demanda de energía en la red. Estos problemas en el tiempo de producción de la energía acaba teniendo consecuencias significativas en la gestión de la red.
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Almacenamiento de energía

El almacenamiento de energía es un problema técnico que puede ser solventado si se dispone de los recursos necesarios. Todas las siguientes opciones son técnicamente factibles y las describimos porque tienen un diseño simple, prometen costes de instalación razonables, y su despliegue en un horizonte de menos de cinco años es factible. No describimos el almacenamiento de baterías porque si bien hay muchos proyectos trabajando sobre ello en proyectos pilotos, la capacidad de almacenamiento a gran escala no es relevante.
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Electricidad como gas natural

Las soluciones al dilema del almacenamiento de la electricidad se están moviendo hacia muchos frentes. Una tecnología interesante, propuesta por un equipo de R&D germano-austriaco, es tomar la electricidad renovable y transformarla en metano que pueda ser almacenado y transoportado por tuberías de gas natural existentes.

El proceso ha sido desarrollado por el Center for Solar Energy and Hydrogen Research Baden-Württemberg (ZSW), en cooperación con el Fraunhofer Institute for Wind Energy and Energy System Technology IWES. Actualmente, Solar Fuel Technology, compañía ubicada en Austria, es responsable de la comercialización del sistema de almacenamiento de energía.

El proceso de producir gas natural combina las tecnologías separadas de electrolisis de hidrógeno y metanación. El sistema de demostración en Stuttgart separa el agua de la energía renovable excedentaria usando electrólisis. El resultado es hidrógeno y oxígeno. Una reacción química de hidrógeno con dióxido de carbono genera metano - y eso no es más que gas natural producido sintéticamente.

Este proceso ha conseguido una eficiencia de más del 60 %, la eficiencia del proceso de electrólisis de electricidad a hidrógeno (75 %) la eficiencia del proceso de hidrógeno a metano o metanación (alrededor del 80 %). La figura siguiente ilustra el proceso de conversión de energía.

Hasta ahora el proceso común ha sido convertir el gas en electricidad. Ahora se piensa en actuar también en la dirección opuesta, y convertir energía sobrante en gas natural. La energía eólica o solar sobrante puede almacenarse de esta manera. Durante los tiempos de altas velocidades del viento, las turbinas eólicas generan más potencia de la necesaria.
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Agua electrolizada con CO2

Otras compañías están explorando procesos químicos similares que pueden adaptarse al almacenamiento de energía. Doty Energy persigue una aproximación similar al ZSW para producir combustibles sintéticos en un proceso llamado WindFuels. Doty propone usar la energía eólica producida fuera de horas pico para producir combustibles tales como la gasolina y el diesel a partir de dióxido de carbono y agua. La electricidad se usa en un proceso de electrolisis para descomponer los enlaces de agua para formar hidrógeno (H₂) y oxígeno (O₂). El hidrógeno se combina con CO₂ en una reacción inversa de gas a agua para reformar CO₂ en H₂O y monóxido de carbono (CO). Finalmente, el CO y H₂  son químicamente reformados en productos de hidrocarburos líquidos en un proceso que Doty Energy llama Fisher Tropsch Synthesis.

La eficiencia de conversión total del proceso es del orde del 60 %. La tecnología WindFuel es rentable cuando el precio del barril de petróleo está por encima de $80 el barril y la energía fuera de pico cuesta $16/MWh.

Continua 2ª PARTE
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Palabras clave: Automatic generation control system, electrolyzer water with CO₂