Los sistemas de almacenamiento de energía eléctrica (EESS) son tecnologías diseñadas para capturar y almacenar energía eléctrica para su uso posterior, desempeñando un papel crucial en el equilibrio entre la oferta y la demanda de energía, especialmente en el contexto de fuentes de energía renovables como la solar y la eólica.
Crédito a EIA.ORG
¿Qué son las SETS?
Los sistemas de almacenamiento de energía eléctrica (EESS) son tecnologías innovadoras que permiten almacenar la electricidad generada a partir de diversas fuentes, incluidas las energías renovables, para utilizarla en otro momento. Estos sistemas desempeñan un papel vital a la hora de afrontar los retos de la generación intermitente de energía y la fluctuación de la demanda. Al convertir la energía eléctrica en otras formas de energía almacenable y volver a convertirla en electricidad cuando se necesita, los EESS ayudan a estabilizar la red eléctrica y mejoran la fiabilidad del suministro eléctrico. Esta capacidad es especialmente crucial para integrar fuentes de energía renovables como la solar y la eólica, cuya producción es intrínsecamente variable, en la infraestructura energética general.
Funciones clave del SETS
- Reducción de picos y nivelación de carga: Las EESS almacenan el exceso de energía durante los periodos de baja demanda y lo descargan durante las horas punta, lo que suaviza las curvas de carga eléctrica y mejora la eficiencia de la red.
- Estabilidad de la red: Estos sistemas proporcionan una regulación rápida de la frecuencia y el apoyo a la tensión, manteniendo la calidad de la energía y la fiabilidad de la red.
- Integración de las energías renovables: Las EESS mitigan la intermitencia de las fuentes renovables almacenando el exceso de energía para utilizarla cuando la generación es baja, lo que facilita una mayor penetración de las energías limpias.
- Resistencia y copias de seguridad: Durante los cortes o las emergencias, las EESS ofrecen energía de reserva crítica, mejorando la resistencia general de la red.
- Reducción de costes: Al permitir el arbitraje energético y reducir la dependencia de las costosas centrales térmicas, las EESS contribuyen a reducir los costes energéticos globales de los consumidores y las empresas de servicios públicos.
Tipos de sistemas de almacenamiento de energía
Los sistemas de almacenamiento de energía abarcan diversas tecnologías, cada una con características y aplicaciones únicas:
- Sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS): Estos sistemas, que utilizan principalmente baterías de iones de litio, dominan el mercado por su alta densidad energética y sus costes decrecientes. Otros tipos de baterías son las de estado sólido y las de flujo.
- Almacenamiento mecánico: Esta categoría incluye el almacenamiento hidroeléctrico por bombeo, que utiliza el exceso de electricidad para bombear agua a mayores alturas, y el almacenamiento de energía por aire comprimido (CAES), donde el aire se comprime en cavernas subterráneas.
Proyecto de almacenamiento mecánico del Instituto de Investigación del Suroeste
- Almacenamiento de energía térmica: Estos sistemas almacenan energía en forma de calor, como la sal fundida, o de frío, como el hielo, para utilizarla posteriormente en aplicaciones de calefacción o refrigeración.
- Almacenamiento de energía en volantes de inercia: Esta tecnología almacena energía cinética en una masa giratoria, adecuada para aplicaciones de corta duración que requieren una rápida liberación de energía.
Proyecto de almacenamiento de energía en volantes de inercia en Shenzhen (China)
Comparación de sistemas de almacenamiento
Los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) ofrecen claras ventajas sobre otros sistemas de almacenamiento de energía, sobre todo en términos de densidad energética y versatilidad. Las BESS, especialmente las que utilizan tecnología de iones de litio, proporcionan una mayor densidad energética en comparación con alternativas como los supercondensadores, lo que permite soluciones de almacenamiento más compactas y eficientes. A diferencia de los sistemas mecánicos, como la energía hidroeléctrica bombeada o el almacenamiento de aire comprimido, los BESS pueden escalarse fácilmente y desplegarse en diversos entornos, desde aplicaciones residenciales a escala de servicios públicos.
Sin embargo, las BESS se enfrentan a retos en términos de duración del ciclo y almacenamiento a largo plazo en comparación con algunas alternativas. Por ejemplo, las baterías de flujo tienen una vida útil más larga y pueden descargarse en profundidad sin sufrir daños, por lo que son adecuadas para servicios de mayor duración. Los supercondensadores, aunque tienen menor densidad energética, destacan por su capacidad de carga y descarga rápidas, lo que los hace ideales para aplicaciones de alta potencia y corta duración. La elección entre BESS y otros sistemas de almacenamiento depende en última instancia de los requisitos específicos de la aplicación, como la capacidad energética, la potencia de salida, el tiempo de respuesta y los costes.
Más información sobre el BESS
Medios de almacenamiento de energía
Los medios de almacenamiento de energía eléctrica abarcan una variedad de tecnologías diseñadas para almacenar energía eléctrica para su uso posterior. Los tipos más comunes son:
- Pilas electroquímicas: Entre ellas están las baterías de iones de litio, las de plomo y las de flujo. Las baterías de iones de litio dominan el mercado por su alta densidad energética y sus costes decrecientes.
- Condensadores y supercondensadores: Estos dispositivos almacenan energía en un campo eléctrico y son adecuados para aplicaciones de carga y descarga rápidas.
- Almacenamiento de energía magnética superconductora (SMES): Esta tecnología almacena energía en un campo magnético creado por el flujo de corriente continua en una bobina superconductora.
- Almacenamiento térmico: Sistemas como el almacenamiento en sales fundidas o en hielo convierten la energía eléctrica en energía térmica para su uso posterior.
Aplicaciones del SETS
Los sistemas de almacenamiento de energía eléctrica tienen diversas aplicaciones en varios sectores. En la red eléctrica, desempeñan un papel crucial en la estabilización de la oferta y la demanda, sobre todo cuando se integran fuentes de energía renovables intermitentes. Los EESS permiten desplazar el consumo de energía en el tiempo, permitiendo a los usuarios almacenar electricidad en las horas de menor consumo para utilizarla en los periodos de mayor demanda. Estos sistemas son también componentes vitales de las microrredes, ya que proporcionan energía de reserva durante los cortes y mejoran la resistencia general de la red. En el sector del transporte, las tecnologías EESS, en particular los sistemas de baterías, son fundamentales para el funcionamiento de los vehículos eléctricos. Además, las EESS apoyan las aplicaciones industriales y comerciales ayudando a gestionar los picos de carga y a reducir los costes energéticos.
Ventajas del SETS
La implantación de sistemas de almacenamiento de energía eléctrica ofrece numerosas ventajas para la gestión energética y la sostenibilidad. Estos sistemas contribuyen a la estabilidad de la red al equilibrar la oferta y la demanda, reduciendo la necesidad de costosas centrales eléctricas de punta. Los EESS facilitan una mayor integración de las fuentes de energía renovables, ayudando a mitigar los problemas de intermitencia asociados a la energía solar y eólica. Al permitir a los usuarios almacenar energía durante los periodos de bajo coste y utilizarla en los de alta demanda, los EESS pueden suponer un importante ahorro de costes. Además, estos sistemas mejoran la fiabilidad de la energía proporcionando respaldo durante los cortes y contribuyen a la sostenibilidad medioambiental optimizando la utilización de los recursos renovables y reduciendo las emisiones de gases de efecto invernadero.
EESS en apoyo de las microrredes
Los sistemas de almacenamiento de energía (ESS) desempeñan un papel crucial en la mejora del rendimiento y la fiabilidad de las microrredes. Proporcionan servicios esenciales como la mejora de la calidad de la energía, la regulación de la frecuencia y el apoyo a la tensión, que estabilizan la red durante las interrupciones y evitan que los cortes se produzcan en cascada. Las ESS también permiten a las microrredes integrar eficientemente las fuentes de energía renovables almacenando el exceso de energía cuando la producción es alta y descargándola cuando se necesita, superando así los problemas de intermitencia.
En las aplicaciones de microrredes, los ESS ofrecen varias ventajas clave:
- Mayor resistencia: El ESS actúa como un amortiguador, proporcionando energía de reserva durante los cortes y permitiendo la capacidad de funcionamiento en isla.
- Gestión mejorada de la energía: Permite la reducción de picos, la nivelación de cargas y el arbitraje energético, optimizando los costes de la energía.
- Mayor integración de las energías renovables: El ESS facilita una mayor penetración de fuentes renovables variables como la solar y la eólica.
- Estabilidad de la red: Proporciona una respuesta rápida para la regulación de la frecuencia y el soporte de la tensión, manteniendo la calidad de la energía.
- Flexibilidad operativa: Las ESS permiten a las microrredes funcionar de forma independiente o en conjunción con la red principal, lo que mejora la fiabilidad general del sistema.
Retos de la ampliación del EESS a escala mundial
La ampliación de los Sistemas de Almacenamiento de Energía Eléctrica (EESS) para su uso global se enfrenta a varios retos importantes:
- Elevados costes de aplicación: A pesar de la disminución de los precios de las baterías, la inversión inicial para las EESS a gran escala sigue siendo considerable. Esto es especialmente difícil para los países en desarrollo y las empresas de servicios públicos más pequeñas.
- Limitaciones técnicas: Las actuales tecnologías de almacenamiento tienen limitaciones de capacidad, lo que dificulta su escalabilidad. La integración de los sistemas de almacenamiento a gran escala en las redes eléctricas existentes también presenta obstáculos técnicos.
- Escasez de material: La producción de baterías para el almacenamiento de energía depende de minerales de tierras raras, lo que suscita preocupación por la disponibilidad de recursos y el impacto ambiental.
- Barreras reglamentarias: La incoherencia de las políticas y las estructuras de mercado en las distintas regiones complica el despliegue de las SETS y crea incertidumbre entre inversores y promotores.
Superar estos retos exige una innovación tecnológica continua, políticas de apoyo y una mayor inversión en investigación y desarrollo para que el SETS sea más accesible y eficiente a escala mundial.
Costes de implantación del SETS
El coste de despliegue de los sistemas de almacenamiento de energía eléctrica (EESS) varía significativamente en función de la tecnología, la escala y la aplicación. Para los sistemas de almacenamiento en baterías a escala de red, los costes totales instalados en 2021 oscilaban entre $356/kWh y $449/kWh para sistemas de 100 MW y 10 horas, dependiendo de la química de la batería. Las previsiones para 2030 muestran posibles reducciones de costes, y se espera que las baterías de litio hierro fosfato (LFP) alcancen $291/kWh para un sistema de 100 MW y 4 horas.
Entre los factores clave que influyen en los costes de implantación del SETS figuran los siguientes:
- Costes de hardware (baterías, inversores, componentes de equilibrio del sistema)
- Gastos de instalación y puesta en marcha
- Costes de explotación y mantenimiento
- Gastos de fin de vida útil, estimados en 5-10% del coste inicial del sistema.
A medida que avance la tecnología y se incremente la producción, se espera que los costes de los EESS sigan disminuyendo, hasta situarse potencialmente entre $200-$500/MWh para los costes globales nivelados del almacenamiento. Sin embargo, estos costes siguen siendo superiores a los costes nivelados típicos de la generación de electricidad a partir de fuentes renovables, lo que pone de relieve el reto actual de conseguir que el almacenamiento de energía sea económicamente competitivo a gran escala.
