Cómo almacenar energía renovable de forma eficiente

En el contexto de la transición energética, “el almacenamiento es uno de los retos futuros para permitir una plena descarbonización del sistema energético y una efectiva integración de las tecnologías renovables. La parcial predictibilidad de estas tecnologías, así como su variabilidad, hacen necesarios sistemas que hagan frente a las brechas instantáneas entre generación y demanda. Para ello, es necesario almacenar energía en los períodos de superávit de generación para que esté disponible cuando existan déficits". Guardar energía renovable "mejora la eficiencia del sistema eléctrico a través del aplanamiento de la curva de demanda" y ayuda a integrar las renovables en la red.

Esta descripción es del gobierno español, pero podría firmarla cualquier nación del mundo consciente de la importancia capital del almacenamiento para una economía cada vez más electrificada para reducir las emisiones de CO2 y compensar la dependencia de las renovables respecto de las condiciones climáticas.

Hacer acopio energético en grandes cantidades resulta complicado. Se trata de un cuello de botella tecnológico, que de no resolverse puede frenar la transición económica y energética. Aún así, existen varios métodos, con diferentes grados de eficiencia, a lo largo de la cadena de suministro:

Formas de almacenamiento de energía a gran escala

• Hidroeléctrica reversible (o centrales de bombeo). "Imagina dos embalses a diferente altura, bombeas agua del inferior al superior y la almacenas allí en momentos de menor demanda". Cuando es necesario, durante la demanda alta, se suelta en tromba generando energía hidroeléctrica, explica Manuel Abeledo, del departamento técnico de la Fundación Renovables. "Es la tecnología más madura de las actuales y la que más predomina junto con el almacenamiento térmico en las centrales termoeléctricas". El experto también destaca su eficiencia, en torno al 80%.
• Almacenamiento térmico. "La idea es almacenar el calor en materiales, generalmente sales fundidas (como el nitrato de sodio o de potasio) y liberarlo con un ciclo de agua vapor [que mueve turbinas para generar electricidad]", explica Abeledo. Su eficiencia ronda el 40%.
• Aire comprimido. "Utiliza los excedentes de energía eléctrica para comprimir aire y guardarlo en tanques o en almacenes subterráneos, posteriormente se descomprime para convertirse en energía eléctrica", apunta el experto. Eficiencia: entre el 40% y el 52%.

Cómo almacenar la energía en redes

• Condensadores electroquímicos. Existen matices que diferencian condensadores (dispositivos que almacenan en base a un campo eléctrico) y superconductores, pero en esencia ambos son condensadores electroquímicos, explica Abeledo. Tienen una eficiencia del 98% y son muy útiles para breves interrupciones de suministro o picos de potencia, ya que cargan y descargan muy rápidamente.
• Volantes de inercia. Dispositivos mecánicos consistentes en un disco de inercia que gira acoplado a una máquina eléctrica, donde ésta opera como motor o generador. Su eficiencia supera el 80% y también se suelen aplicar en momentos puntuales, "por ejemplo para la regulación de la frecuencia de la red eléctrica", explica el técnico.
• Pilas de combustible. La mayoría funcionan con hidrógeno verde (obtenido a partir de electricidad renovable usada en el proceso de electrólisis) que se combina con el oxígeno del aire para producir energía eléctrica. "Emite vapor de agua como resultado y su eficiencia oscila entre el 30% y el 40%", añade.
• Baterías, almacenamiento químico. "Son sistemas de respuesta rápida y escalables que sirven para almacenar en redes y también para el autoconsumo". "Las de litio son las más caras pero las más eficientes (entre un 80 y un 90%) y las que más recorrido tienen", apunta el experto. Aunque mejora su tecnología, algunas organizaciones como las patronales químicas recuerdan que el litio acabará escaseando no solo por lo finito de sus reservas sino por el empleo masivo por ejemplo en los vehículos eléctricos. De ahí que aceleren las investigaciones en materiales sustitutos como el magnesio o el grafeno, aunque aún queda lejos su posible producción industrial a gran escala.

Almacenar energías renovables para usuario final

Condensadores electroquímicos, volantes de inercia, hidrógeno verde y baterías entran en esta categoría, si bien estas últimas presentan con diferencia un uso más intenso y extenso, según coinciden Abeledo y Cecilia Guijarro, técnico de contenidos de autoconsumo en Selectra (comparador ‘online’ de ofertas de luz y gas). De hecho, Fundación Renovables apuesta por las baterías antes que por las pilas de hidrógeno para consumo doméstico. "Son menos complicadas y más eficientes; las pilas de hidrógeno las contemplamos para una escala mayor".

Guijarro diferencia varios tipos de baterías para autoconsumo fotovoltaico. Monoblock, la más sencilla y barata. AGM, que no necesita mantenimiento. Estacionaria, con una vida útil de más de 20 años. Y de litio, "la más cara pero con las mejores prestaciones y mayor durabilidad, además apenas requiere mantenimiento". "Y no emite gases contaminantes, por lo que es la más sostenible", añade la experta.

Actualmente se investiga también en V2H (Vehicle to Home, Vehículo para la Vivienda) y consiste en que "las baterías del vehículo eléctrico pueden reciclarse como baterías de almacenamiento para las casas", recuerda Abeledo. "Es especialmente interesante en aquellos hogares [también en empresas] que optan por el autoconsumo para almacenar el excedente de las placas fotovoltaicas". Una variante de este modelo es V2G (Vehicle to Grid, Vehículo para la Red): el vehículo eléctrico se mantiene conectado y devuelve su energía a la red.

Clasificación de los sistemas de almacenamiento de energía por tipo de tecnología

Además de por su escala, los sistemas de almacenamiento se pueden clasificar según su funcionamiento:

• Químico. Las pilas de combustible.
• Eléctrico. Condensadores.
• Electro-químico. Baterías y supercondensadores híbridos (mezclan las características de un condensador eléctrico con baterías de ion-litio).
• Mecánicos. Aire comprimido, centrales de bombeo y volantes de inercia.

Clasificación de los sistemas de almacenamiento según usos y aplicaciones

• Aplazamiento de inversiones y disminución de congestiones de suministro. Bombeo, baterías, hidrógeno o volantes de energía.
• Servicios de balance y arbitraje energético. Baterías e hidrógeno.
• Edificación y renovación de edificios. Baterías y almacenamiento termoquímico.
• Redes aisladas, redes inteligentes y microrredes (pequeños circuitos de generación que pueden ser autónomos). Baterías y bombeo.
• Servicios complementarios: reservas, control de tensión y arranque, servicios de flexibilidad. Bombeo, baterías, hidrógeno, condensadores electroquímicos, volantes de inercia, aire comprimido, hidrógeno, almacenamiento termoquímico.
• Integración sectorial. Hidrógeno y almacenamiento térmico.
• Operaciones del sistema eléctrico. Volantes de inercia, pilas, bombeo, almacenamiento térmico.
• Movilidad. Baterías de vehículos eléctricos, pilas de combustible, hidrógeno.
• Autoconsumo en viviendas y empresas. Baterías y almacenamiento térmico.
• Industria. Hidrógeno, almacenamiento termo-químico, baterías.

Durante la reciente presentación de la Estrategia de Almacenamiento Energético, el Ministerio para la Transición Ecológica y el Reto Demográfico (MITECO) español destacó las centrales hidráulicas de bombeo, "por su madurez", y las baterías, "especialmente relevantes tanto por su aplicación en movilidad como en sistemas de autoconsumo para viviendas o negocios, donde, en combinación con placas solares, almacenan la energía sobrante para utilizarla en momentos en que no hay sol". Además, "es relevante su aplicación a gran escala mediante la hibridación con plantas de generación renovable", un capítulo en el que también despuntan los sistemas de almacenamiento térmico.

"Entre los sistemas de almacenamiento más innovadores destaca el hidrógeno renovable, que desempeñará un papel clave en la reducción de las emisiones de sectores difíciles de descarbonizar, de procesos industriales de alta temperatura [por ejemplo la fundición de metales o la producción de cerámica] o de múltiples medios de transporte convencionales, desde los vehículos ligeros a camiones, autobuses o trenes", añadió la presentación.

En septiembre de 2019, la Agencia Internacional de la Energía Renovable (IRENA) dedicó un informe a las innovaciones renovables, con especial atención al almacenamiento mediante baterías. Ofrece algunos ejemplos reveladores: "Con una producción anual total de 27 megavatios/hora (MWh), las baterías están proporcionando 1/4 de la capacidad total de regulación de frecuencia mejorada en el Reino Unido". O "un proyecto piloto en Estados Unidos demostró que una batería de 4 MW / 40 MWh puede ahorrar dos millones de dólares en costos de combustible y 400 horas de congestión de la red".

Datos de energías renovables en Europa y el resto del mundo

Según datos de la Agencia Internacional de la Energía (AIE), los sistemas de almacenamiento deberían alcanzar más de 1.000GW en 2030 para cumplir con los objetivos de energía neta cero. Esto supone multiplicar por 23 la capacidad instalada actual.

En Europa, el almacenaje eléctrico ha pasado de 0,6 GWh en 2015 a superar los 10 GWh en 2023, según el European Market Monitor on Energy Storage (EMMES) y el anuario de la Asociación Europea de Almacenamiento de Energía (EASE). Aún así, cuando se le pregunta a Abeledo en qué punto se encuentra, hoy por hoy, el almacenamiento energético, responde con un "apenas estamos empezando".