Parece desde luego una paradoja, pero el principal escollo que impide, el que por ejemplo, toda nuestra necesidad de electricidad proceda de fuentes renovables, bien eólica, solar, etc, es un problema logístico.
En definitiva, es un problema logístico de almacenamiento y distribución, ya que las fuentes de energía renovable son inagotables y no lo olvidemos también gratis.
Red Eléctrica tiene ya prácticamente solucionado después de muchos años de experiencia e inversiones en sistemas de control y distribución el problema de la distribución de la electricidad o el de la conexión o desconexión de diversas fuentes de generación de electricidad, distribuidas geográficamente de acuerdo a la demanda en tiempo real. Por supuesto el sistema debe ir evolucionando y adaptarse a las necesidades, pero en general la distribución, de ello somos conscientes todos los días, la tenemos resuelta.
No así el almacenamiento de la electricidad. Antes se ha mencionado la fotosíntesis, que aunque tiene menos eficiencia que un panel fotovoltaico puede almacenar energía en las hojas de las plantas, proceso que el panel no puede. Por supuesto, una planta ademas se puede reproducir.
Afortunadamente hay ya muchos estudios y proyectos de almacenamiento de energía que ya permiten almacenarla.
Hoy en día hay plantas hidroeléctricas de bombeo reversible, en las que se utiliza el excedente de electricidad para bombear agua a una altura superior, pero en definitiva es una alternativa poco flexible que requiere de lugares adecuados y grandes superficies.
Existen ya varias soluciones propuestas por investigadores y entidades de solvencia que pronto van a ser una solución real al problema de almacenamiento de los excedentes de las energías renovables.
Paradójicamente por las noches es cuando mas viento en general se tiene disponible para los aerogeneradores pero al haber poca demanda la mayor parte de los parque eólicos, ¡se paran!
En la revista Power se publican varias alternativas al almacenamiento de Energia. Sistemas Just in Time. (Justo a Tiempo ).
Convertir electricidad en gas natural
Es una solución elegante ya que utiliza las energías renovables, cuando no tienen demanda fuera de las horas pico, y la generación la convierte en gas natural que se almacena en los depósitos existentes o se distribuye a través de las redes de distribución de gas.
El proceso fue desarrollado por el Centro de Energía Solar e Investigación de Hidrógeno de Baden-Württemberg (ZSW), en colaboración con el Instituto Fraunhofer de Energía Eólica IWES.
El proceso de producción de gas natural combina las tecnologías distintas de la electrólisis del hidrógeno y metanización o reacción de Sabatier.
"El sistema utiliza el excedente de las energías renovables para mediante electrólisis separar hidrógeno y oxígeno y posteriormente una reacción química de hidrógeno con dióxido de carbono genera el metano que no es otra cosa que gas natural, producido sintéticamente,"indica el Dr. Michael Specht del ZSW.
En este momento hay un sistema de demostración de 30 kW en Stuttgart ya está funcionando con éxito. Para el año 2012, está previsto una plata considerablemente mayor de alrededor de 10 MW.
Utiliza el mismo proceso que la ISS, agua potable para la estación espacial.
Este proceso tiene una supuesta eficiencia de más del 60%, producto de la eficiencia de los procesos de electricidad-hidrógeno por la electrólisis (75%) y eficiencia hidrógeno-metano en el proceso de metanización (80%).
El gas natural puede luego en las horas punta de demanda de electricidad ser quemado en las plantas de ciclo combinado o sino distribuido por la red urbana de consumo de gas. Tanto las plantas de generación eléctrica con gas como las redes de distribución ¡ya existen! no se precisan inversiones, al igual que los depósitos de almacenamiento.
Combustibles sintéticos, electricidad, agua y CO2.
Otras compañías están utilizando procesos similares para producir gasolina y diesel a partir de CO2 y agua aprovechando la electricidad generada por las fuentes renovables, sobrante cuando no hay demanda pico, como la energía eólica nocturna por ejemplo. Hoy en día los parques eólicos se paran si no hay demanda.
La empresa que lo está desarrollando es DotyWindFuels
Doty propone utilizar la energia eólica fuera de las horas pico para producir combustibles como el diesel y la gasoliba a partir del dioxido de carbono, CO2 y agua. Esta electricidad se utiliza en la electrólisis para romper las moléculas de agua y tener oxígeno e hidrógeno, O2 y H2. El hidrógeno se combina con el CO2 en una reacción inversa en agua para generar monóxido de carbono, CO. Finalmente el CO y H2 generan los hidrocarburos, en un proceso que Doty denomina Renewable Fisher Tropsch Synthesis system.
El proceso tiene una eficiencia del 60%, y la compañía indica que cuando el barril de petróleo está por encima de 80 dólares/barril y la Energia renovable sobrante pico a 16 dólares/MW, el proceso ya es competitivo. Se apoyan también en la teoría del Oil Crash.
Electricidad y aire comprimido
Este sistema de almacenamiento de energía por medio de aire comprimido ha demostrado ya que es efectivo para producir electricidad en los picos de demanda. Fue una tecnología desarrollada hace años y hay una planta de 290 MW en Alemania, Huntorf Power Plant que opera desde 1978, y una de 110 MW en Estados Unidos, McIntosh, Alabama.
Se ha modificado y mejorado el proceso de compresión y los sistemas de almacenamiento, recogiendo el aire a temperatura constante durante compresión, almacenamiento y expansión lo que mejora la eficiencia del ciclo. El ciclo completo esta próximo a un ciclo isotérmico.
La empresa que lo desarrolla es SustainX.
El sistema genera electricidad directamente del aire comprimido sin ninguna necesidad de un combustible adicional. SustainX anunció en noviembre del 2010 que tiene intención de poner su producto en el mercado en el año 2012.
Electricidad y Energia Térmica
En el informe de Power se indica que hay ya varios grupos de investigación R&D desarrollando sistemas para almacenar masivamente energía en forma de energía térmica, utilizando como fuente primaria la electricidad renovable excedente. Esta Energia se almacenaría en reservorios a baja temperatura, formado hielo o en fluidos a alta temperatura.
La producción de hielo es una tecnología con conocida y consolidada, la compañía Ice Energy está construyendo un proyecto de 53 MW en diez municipios en el sur de California, Estados Unidos. El objetivo es reducir la necesidad de los picos de producción con Energia convencional al almacenar los picos que antes se desechaban de las tecnología renovables, es especial del viento.
El proyecto consiste en la instalación distribuida de 2000 equipos Ice Bear. Genera hielo durante la noche y en durante el día actúa como un sistema convencional de aire acondicionado pero en este caso ya no requiere de estar conectado y consumir electricidad con lo que reduce el máximo pico diario de carga, ver video.
Es sistema también reduce la carga en las horas pico de la red de distribución mejorando por tanto también su fiabilidad en verano cuando hay una importante demanda de consumo debido a las conexiones de equipos de aire acondicionado.
El objetivo es ahorrar 64 Gigawatt-hora de consumo al año durante los picos de demanda diarios, al captarlos en las horas valle con la Energia renovable sobrante.
El plan de implantación es de dos años habiendo comenzado a mediados de Julio 2010.
Ice Energy ha estimado que la actual demanda en verano de electricidad, que es de un 40%-50% debido a la conexión de los equipos de aire acondicionado se puede ver reducida en un 95%.
Almacenamiento gravitatorio, bombear Energia.
La compañía LaunchPoint Technologies ha desarrollado un revolucionario sistema Gravity Power Grid-Scale Electricity Storage
Utiliza el mismo concepto que una Central Hidroeléctrica Reversible, pero a la inversa, en lugar de bombear agua hacia arriba, la bombean ¡hacia abajo!
De acuerdo a la compañía en menos de tres hectáreas pueden instalarse 2 GW, dependiendo del diámetro y profundidad del pozo de almacenamiento.
La eficiencia del sistema es del 75%-80%, y el costo para una planta de unos 200 MW es de unos 150 dólares/KWh, el sistema monta equipos de bomba-turbina convencionales para reducir costes.
Una configuración estándar que la compañía estable es el de un equipo de unos 6 metros de diámetro, 500 metros de profundidad con la tubería de retorno paralela de unos 2 metros de diámetro. El volumen de agua seria de unos 8.000 metros cúbicos, generando cada modulo 8,5 MWh. La idea es instalar baterías con varios módulos.
Ya existe un equipo a pequeña escala operando y a finales del 2013 la compañía indica que tendrá operando una planta en Texas donde donde hay ubicaciones geológicas adecuadas.
Bomba de calor para almacenar electricidad
Isentropic, compañía inglesa, ha diseñado el sistema Pumped Head Isentropic Storage basado en la bomba de calor.
Isentropic propone un sistema simple basado en dos contenedores de arena a distinta temperatura, a 500 grados centígrados el que hace de foco caliente y a -160 grados centígrados el contenedor correspondí te al foco frío, ambos operan como una bomba de calor basados en el ciclo Ericsson.
La electricidad sobrante de las fuentes renovables cuando no hay carga pra su consumo se utiliza para mantener o calentar a temperatura del tanque del foco caliente.
La eficiencia está entre el 72%-80% y debido a que la arena, material que hace de sumidero y repertorio de calor en los dos focos del ciclo, es abundante y barato, el coste del KWh podría estar entre 55 $/KWh a 10 $/KWh dependiendo de la escala del proyecto.
Bath County Pumped Storage, Virginia, USA. es la mayor central hidroeléctrica reversible del mundo con capacidad para generar 30 GWh, sus dos embalses y recinto ocupan una superficie de 331 hectáreas, las necesidades de un sistema Pumped Head Storage para la misma capacite de generación se reducen en 1/300th, poco más de una hectárea.
Depósitos de aire comprimido distribuidos en el mar.
Professor Seamus Garvey de la Universidad de Nottinghan, ha propuesto un sistema de almacenamiento de Energia en tanques de aire comprimido, hinchándolos en las horas valle de carga de la demanda para liberar la Energia en las horas pico.
El concepto es simple pero requiere de una nueva distribución y familia de aerogeneradores marinos, mucho más grande y menos costosa-de las turbinas de energía eólica marina actuales para convertirse en económica. La electricidad producida por el viento se utiliza para comprimir el aire que se almacena en globos o bolsas de Energía ", situado en el fondo del mar o en formaciones geológicas profundas cuando el agua no está disponible.Un conjunto de bolsas está conectado a un tubo de aire comprimido común que recorre el fondo del mar. Cuando la electricidad en horas pico es necesaria, el aire comprimido es liberado de las bolsas y se expande a través de una turbina de aire convencional para producir electricidad. Durante las horas pico, las bolsas de energía volveran a ser infladas y se repite el ciclo.
El profesor Garvey indica que para generar 2 GW durante cuatro días se requieren 7 millones de metros cúbicos de almacenamiento de aire. "Las dimensiones óptimas para las bolsas de energía son alrededor de 20 metros de diámetro y cada una se tiene un volumen (en total) de aproximadamente 4.000 metros cúbico. Entonces para los 7 millones de metros cúbicos, se precisan de 1.750 de estas bolsas. Los fondos marinos cubiertos por éstas serían menos de un kilómetro cuadrado y la superficie total del material de las bolsas serian 2,2 millones de metros cuadrados.
Se precisarían por tanto de 230 aerogeneradores marinos 10 MW durante cuatro días para llenar las bolsas."
Garvey también aventura que para el año 2025 un 25% de la Energia eólica marina utilizara este concepto integrado con el aire comprimido en el Reino Unido y estima que es posible almacenar esta energía a un costo muy por debajo de £ 10,000 / MWh - menos del 20 por ciento de la energía hidroeléctrica por bombeo, que es la tecnología más barata de estos sistema de almacenamiento que están en competencia entre ellos.
Innovadores y líderes
Vemos que innovadores desde distintas disciplinas y zonas geográficas están encontrado soluciones viables y económicas al problema logístico del almacenamiento y distribución de la energía.
Varios autores han indicado anteriormente que el santo grial perdido y que hay que encontrar para que las fuentes de Energia renovable se consoliden y asuman totalmente el liderazgo en la revolución energética, era precisamente la solución al problema del almacenamiento de la electricidad generada.
La realidad nos dice que si hay solución y parece que las renovables están a punto de encontrar el santo grial perdido.
En definitiva, como las plantas en la fotosíntesis, utilizar la Energia del Sol y también almacenarla.
Información adicional
Fuente principal del artículo: April 1, 2011 Energy Storage Enables Just-in-Time Generation By Dr. Robert Peltier, PE
Demostración de la ineficacia del modelo energético, el 50% de la Energia se despilfarra.
El mayor fabricante del mundo de centrales nucleares se para a la Fotovoltaica y renovables.
En 20 o 40 años con la tecnología actual toda la Energia podría ser de fuentes renovables.
La urgente necesidad de cobrar conciencia, The Oil Crash.
Física por ordenador. Termodinámica y calor.
Gracias por el artículo, hacía tiempo que echaba de menos un resumen sobre tecnologías de almacenamiento.
ResponderEliminarSupongo que los precios de almacenamiento se refieren a MW (o KW) instalados y no a MWh (o KWh)
Atonito...., correcto Los distintos sistemas y opciones que se están desarrollando para almacenamiento son importantes y Alemania esta tirando del carro. Creo que va a ser la clave a corto plazo para de verdad potenciar mas l renovables.
ResponderEliminarSi los precios son para MW o KW potencia instalada.
Saludos
Enhorabuena por tu artículo, muy interesante. Además de los escollos logísticos y de distribución que hay que superar para poder abastecernos de fuentes inagotables de energía renovable existen otros escollos. Uno de ellos es de índole económica. Existen intereses económicos para los cuales es un problema la existencia de tecnologías de generación como las renovables, que tienen un coste marginal cero por utilizar "combustibles" gratuitos como son el viento, el sol o el agua. Con el actual sistema de casación de precios del mercado diario de producción, estas tecnologías presionan los precios a la baja y ponen en riesgo las grandes inversiones realizadas en tecnologías de generación convencionales con largos periodos de amortización. El modelo de mercado eléctrico que tenemos en España no ha sido capaz de dar una respuesta adecuada a la convivencia de tecnologías convencionales con las renovables y permite que las grandes empresas generadoras, propietarias de ambos tipos de tecnologías, manipulen los precios de mercado al alza para poder acelerar la amortización de sus inversiones en plantas de tecnologías convencionales. Para solucionar el problema la CNE propone quitar la prioridad que tienen las renovables en el despacho del mercado diario de producción. Ello equivaldría a tirar a la basura gran parte de la energía renovable generada incluso en momentos en los que existe demanda suficiente. De modo que la regulación, de momento, tampoco es capaz de resolver esa difícil convivencia y para resolver un problema propone crear otro mayor.
ResponderEliminarSi te interesa esta cuestión puedes ampliar la información en este artículo de mi blog: http://wp.me/p1rtyv-7o
Un saludo
Luis
Amigosdelaenergia, interesante y real el análisis de vuestro articulo, desgraciadamente cierto. La solución tecnnológics para el problema eléctrico y de la Energia en general parece que ya esta a las puertas por los desarrolos y estado de la tecnología.
ResponderEliminarPero con tecnología no es suficiente, lo estamos viento en los últimos 2 años en España con relación a lo que pasa con las renovables, son precisas otras tres condiciones, que mo dependen ni del sol ni del viento:
I) voluntad económica.
iI) voluntad política y
III) voluntad social
Debe haber liderazgo que tire de estas tres voluntades.
Saludos y gracias por vuestros comentarios.
Luis, tremendo post recopilatorio. Coincido contigo plenamente que la distribución de las tecnologías de almacenamiento van a cambiar...y mucho.
ResponderEliminarDe entre las voluntades necesarias para que cambie, me atrevería a ordenarlas por orden de importancia, siendo la primera la política. [¡cómo me gustaría que dejaran de tener miedo a mirar más alla del cuatrienio!].
Aunque es realmente complicado ordenarlas porque están interrelacionadas.
muchas gracias por el post!
Emilio
Emilio Manuel,
ResponderEliminarTienes toda la razón las tres voluntades están interconectadas.
De hecho la política está muy condicionada en el campode la energia sobre todo por la económica.
Revisa en el mundo, no sólo en España, donde acaban los mandatarios de primer nives después de su retiro, muchos como consejeros de las grandes compañías eléctricas. Si es así es porque durante sus mandatos no han "molestado" mucho a las políticas de las eléctricas y detrás de estas están la banca.
La voluntad social es quizá la más libre y con capacidad de presión iniciando el cambio, y ya se está demostrando en algunos paises.
No nos falta tecnología: nos falta sensatez.
ResponderEliminarCoincido con camino, faltan intenciones. Seguro que todo avanzaría mucho más deprisa si no hubiera lobbies ejerciendo influencias contrarias a las energías renovables. La mala imagen que se ha creado del sector renovable ha sido producto de una concienzuda campaña de desprestigio.
ResponderEliminarPodemos comprobar cuán en serio se toman las renovables en cada país en esta infografía