Almacenamiento de energía para regular la red eléctrica

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Las plantas de producción eléctrica de un país ajustan la oferta a la demanda instantánea, de manera que toda la energía que llega a nuestros enchufes ha sido generada en ese mismo instante en algún lugar de la red. Pero las energías renovables no pueden adaptar su producción según nuestras necesidades, el sol y el viento no siempre aparecen cuando nos apetece hacer un pavo al horno. Ello limita el aporte de las renovables al mix de generación, a menos que tengamos alguna manera económica de almacenar energía en grandes cantidades.

baterias_tierra

 

Fuentes de energía gestionables

Son aquellas que pueden regular su producción sin gran coste económico. Veamos cuáles lo son:

  • Carbón, fuel, gas natural, biomasa: son totalmente gestionables, pueden regular la energía producida simplemente aportando más o menos combustible a la caldera.
  • Nuclear: dado que parar o arrancar una central es un proceso costoso que tarda muchas horas, es no gestionable.
  • Hidroeléctrica: es parcialmente gestionable, ya que se pueden abrir las compuertas de un embalse a discreción, pero necesitamos que éste tenga agua. Además, comparten uso con los regadíos.
  • Fotovoltaica, eólica: son no gestionables, el viento y el sol lucen cuando les apetece.

Fuentes gestionables

La energía eólica ha crecido mucho los últimos años. El 70,4% de la electricidad consumida en España el pasado 21 de noviembre a las 4:50 se generó con molinos. Récord actual. Soplaba el viento con ganas y casi todos dormíamos a oscuras. Sin embargo, en el conjunto de 2015 la aportación de la eólica ha sido del 19,1%. 

Supongamos que multiplicamos por cuatro el número de molinos para cubrir el 80% de la energía anual. Nos encontraremos con que habrá momentos en que producirán el triple de la que necesitamos, mientras que los días con poco viento nos quedaremos a oscuras.

Vamos a ver las opciones para almacenar la energía excedente para poder aumentar la cuota de renovables.

bateria

 

Baterías

La primera que nos viene a la mente. Las usamos para móviles, portátiles y cualquier aparato que no podamos enchufar. Los avances tecnológicos de los últimos años han ampliado su abanico de usos: patinetes, bicicletas, coches, … Incluso Tesla nos quiere poner unas muy bonitas en la cocina.

¿No podríamos usarlas para almacenar la energía excedente de la producción eólica y solar? Para una casa aislada con instalación fotovoltaica son una alternativa si hacer llegar la red eléctrica es costoso. Pero para el uso a gran escala no es rentable actualmente, y la prueba de ello es que las centrales eléctricas no las usan.

 

Centrales hidroeléctricas reversibles

Almacenan la energía excedentaria convirtiéndola en energía potencial. Como cualquier central hidroeléctrica, producen electricidad dejando caer el agua por unas turbinas. Pero en lugar de dejar marchar el agua río abajo, disponen de un segundo embalse para retener parte de esa agua. Cuando hay excedente de energía en la red, unos motores eléctricos bombean el agua del embalse inferior al superior. El rendimiento es del 70%: por cada 1.000 MWh usados para bombear agua por la noche podremos recuperar 700 MWh al día siguiente.

central-reversibleSus inconvenientes son la gran inversión inicial que requieren, que están muy centralizadas (luego requieren redes de distribución costosas) y sus limitaciones geográficas.

En nuestro país hay un par de docenas de estas centrales, entre ellas la de La Muela (Salas de Pallàs, Valencia) es la mayor de Europa. Se empezaron a instalar a finales de los ochenta para aprovechar los excedentes de las primeras fuentes no gestionables que tuvimos: las nucleares.

 

Electrólisis

Usando electricidad podemos separar el oxígeno del hidrógeno del agua. El hidrógeno se puede almacenar y volver a convertir en energía de dos maneras:

  • Generar electricidad en una pila de combustible (rendimiento del 35%)
  • Metanizarlo e inyectarlo en la red de gas natural, power-to-gas (rendimiento del 55%)

electrolisis

Alemania, que ha apostado por las renovables y aún no ha apagado sus nucleares, se encuentra que tiene excedentes eólicos a menudo y está invirtiendo en este método de almacenamiento. La cooperativa de energía renovables Greenpeace Energy comercializa gas natural proveniente de electrólisis (Windgas) desde hace unos años.

La ventaja de la electrólisis respecto a las baterías es el menor precio y el escaso mantenimiento. Comparado con las centrales hidroeléctricas reversibles, gana por goleada en modularidad y facilidad de instalación. Hay ya electrolizadores del tamaño de una nevera para uso doméstico.

electrolisis

34 Comentarios

  1. Este es el gran problema que tienen los parques eólicos, si pretendemos abastecernos de ellos tenemos que contar con las instalaciones para almacenar la energía, que creo que es lo que más los encarece y lo que de momento hace que una energía 100% limpia sea inviable

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  2. Muy buen artículo pero te dejas el almacenamiento térmico que se utiliza en la termosolar. En Sevillano hay una planta que calienta sales (creo) para poder seguir produciendo vapor y electricidad por la noche.

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    • Estoy de acuerdo! El almacenamiento de energía térmica mediante materiales de cambio de fase parece un tema muy interesante. Ademas de sales, conozco proyectos que utilizan parafinas para acumular el calor residual. Quizás se podría dedicar una entrada a este tema…
      Enhorabuena por el articulo, un saludo!

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  3. Esta claro que el mayor escollo de la electricidad en estos momentos es el almacenamiento de la energía.
    Si se consigue superar esa traba, solo serian necesarios tener molinos y placas solares para producir energía.
    Creo que de debería de invertir en la investigación del almacenamiento a gran escala de la electricidad.

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  4. Me ha gustado leer el artículo. Es un tema que desconocía. Siempre aprendiendo cosas nuevas con Nergiza. 🙂

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  5. Hace bastante tiempo leí un artículo sobre la creación de micro-redes, eran barrios o zonas residenciales donde se generaba electricidad mediante molinos y huertos solares en las afueras y paneles solares en los tejados de los propietarios, en plan cooperativas o empresas que prestaban este servicio. Esta electricidad se consumía en ese momento y la sobrante se almacenaba en baterías particulares para cada domicilio y también en grandes baterías en el terreno de los molinos. Si hay excedentes creo recordar que se vertían a la red general, no estaba aislada.

    La idea era que todas las baterías estaban interconectadas mediante un sofware específico, de manera que todas las viviendas compartían sus baterías entre todos los usuarios.

    A día de hoy, sabiendo lo que cuestan las baterías y la problemática del litio (poca cantidad, dificultad de extracción y localización de los yacimientos) creo que es poco factible esta idea al menos a gran escala, pero sí que la vería muy factible de encontrar la manera de fabricar baterías baratas.

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  6. Un aspecto curioso y anti-intuitivo es que ese gas obtenido por electrólisis debería ser considerado combustible renovable ya que, por mucho CO2 y otras cosas que emita al quemarse, su origen no es un combustible fósil y no contribuye a alterar los niveles de CO2 en la atmósfera y, por tanto, al calentamiento global.

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  7. Creo sinceramente que la energía nuclear está injustamente clasificada como no gestionable, teniendo que ser considerada como parcialmente gestionable. Si bien no se pueden apagar como las hidráulicas y las térmicas, si puede funcionar en un régimen marginal justo por encima de que se produzca el envenenamiento por xenón.

    Tengo una duda ¿la Muela II y su estación de bombeo no fue inaugurada en 2013?

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    • Totalmente de acuerdo a ambas cosas.
      La clasificación de las fuentes de energía que he hecho es una simplificación. Es matizable, claro.
      Y la Muela II es reciente. Quería decir que hay centrales reversibles desde los 80, tenía en mente una que conozco bien, la de Estany Gento.

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  8. Muy buen artículo Miquel!

    Hace un par de años, para mi Proyecto de Fin de Carrera, diseñé un edificio autónomo energéticamente. Centrándome sólo en la instalación eléctrica, utilizaba generadores eólicos y fotovoltaicos para cubrir el 100% de las necesidades del edificio. Cuando había exceso de producción, almacenaba ese sobrante en un tanque en forma de hidrógeno (electrólisis del agua), y cuando había defecto, inyectaba ese hidrógeno junto con aire en una pila de hidrógeno para producir electricidad.

    De hecho, la idea era sobredimensionar un poco la instalación renovable para utilizar la pila de hidrógeno como Central del Base. Pero, lo que hice fue demostrar lo contrario a mi idea…

    Con la tecnología de entonces (año 2014), no era viable económicamente dado que para producir un kg de hidrógeno, se necesitaban 62,3 kWh eléctricos (producción máxima de 0,1kg/h H2), algo absolutamente desproporcionado (implica sobredimensionar la instalación de forma irracional). Para hacernos a la idea, según el IDAE, el consumo eléctrico de la vivienda media española es de 9,57 kWh/día, lo que implicaba una demanda de unos 7 kg H2/día del edificio.

    Espero que se esté resolviendo este problema de forma satisfactoria, porque el gran obstáculo de la tecnología del hidrógeno es el electrolizador. No obstante, considero esta tecnología como el futuro, ya sea para produción eléctrica o térmica mediante inyección en las redes de distribución de gas natural.

    Saludos

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    • Hola Aguilar Lopez es cierto mediante electrolisis se necesitan aprox. 62Kwh para producir un litro de hidrógeno , pero la solución, esta ya hace tiempo solventada, se utiliza agua salada, como electrolito, y no se si has oído hablar del trabajo de stanley meyer, ahora, mas que probado, corriente pulsante de alta frecuencia para ayudar a desprenderse la molecula h2, consiguiendo unos resultados sorprendentes de unos 12Kwh por litro de h2,
      Realmente la tecnologia esta ya desarrollada, se puede perfeccionar, otra cosa es que todo el sistema capitalista, basado en el petroleo este dispuesto a cambiar.

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  9. Muy bueno el articulo como todos.
    Se te ha olvidado un sistema muy usado en Francia ( ya se sabe lo que triunfar en Francia fracasa en el resto del mundo): el almacenamiento mediante aire comprimido. Es un sistema que da un rendimiento aceptable pero que sirve para gestionar una energía que de otro modo estaría perdida
    Hay una compañía inglesa que ha diseñado unos globos de varios metros cúbicos para colocar bajo los aerogeneradores off-shore y asi funcionar siempre con tecnologias de bajo perfil

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  10. A mi se me ocurre otra solucion mucho mas practica, y para nada imposible técnicamente

    Desarrollar una modalidad de carga dinámica para coches eléctricos. Es decir que mientras yo tengo mi coche conectado en carga, disponer de la opción para que red electrica española determine la velocidad de carga.

    A cambio de un bonus sobre esa energia cargada (con los contadores inteligentes no deberia de haber problema) yo podria aportar la batería de mi vehiculo al sistema. Multiplicad eso por miles de vehiculos y podriamos tener una red electrica mas eficiente,

    El sistema podria apoyarse en la propia red electrica, o bien mediante radio , SMS, o algun sistema de comunicacion para modular la carga de los coches.

    ¿Que os parece la idea¿

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    • Buena idea.
      El uso de baterías no es rentable para uso estacionario, pero sí que lo es (o lo va a ser) para la automoción.
      Tener millones de baterías de coches eléctricos enchufadas a la red permitiría usarlas para almacenar excedentes, aunque habría que organizarlo bien.
      Por ejemplo, ¿ que pasa si voy a coger mi coche y está descargado porque acaba de devolverle unos kWh a la red eléctrica ya que había mucha demanda ?

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      • En ningun caso funionaria a la inversa (me parece imposible tecnicamente devolver energia a la red de abastecimiento electrico). e incluso pdoria programarse este funcionamiento solo cuando la bateria alcance el 50% de carga, por poner un valor.

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        • Creo que no he entendido lo que quieres decir. Si no vas a usar la batería de tu coche para devolver parte al sistema, a que te refieres con “aportar la batería de mi vehículo al sistema?

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          • pues aportar la bateria de mi vehiculo al sistema de de gestion para excedentes de energia,

            para obetener, entre varios miles de usuarios, cierta capacidad de almacenamiento para los micropicos de generacion electrica.

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          • Pues la verdad en mi opinión no lo veo viable. En primer lugar, las baterías de los coches eléctricos no creo que tengan mucha capacidad aun siendo miles de coches. Si fuera por capacidad total de almacenamiento, seguro que juntando todas las baterías de los móviles de España tendríamos más almacenamiento final que con las baterías de coches.

            En segundo lugar, los conductores desconectarían sus coches de la red para ir a trabajar, una gran mayoría a la misma hora. Imagina gestionar la desconexión de cientos de coches al mismo tiempo.

            Y luego por otra parte pienso… a no ser que realmente nos planteemos generar un alto porcentaje de energía no gestionable, no creo que merezca la pena la inversión que supondría para tan poco almacenamiento, y además actualmente la red española está sobredimensionada.

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  11. A mi me gusta personalmente la Biomasa como gestionable y renovable.

    Ya sean residuos de un proceso industrial (hueso aceituna, cascara nueces, almendras) como la leña tradicional de toda la vida.

    Los árboles son los mejores acumuladores de energía solar que se me ocurren. CO2 neutros

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  12. En los años ’60 (del siglo pasado, claro) Ford pretendía hacer un coche con un reactor nuclear, que además de mover el coche, podría suministrar electricidad a la casa del propietario. Cuando el coche se aparcaba en el garaje, “se enchufaría la casa” y tomaría la energía del reactor.

    Nunca salió de la mesa del proyecto, no pudieron solucionar el tema de la seguridad en caso de accidente (entre otras cuestiones)

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  13. Hola Miquel, creo que ya he hecho esta pregunta en varios foros en los que coincidimos pero aquí va otra vez si se me permite.

    Con todos los cambios de normativa que estamos viviendo lo que quisiera saber es si es posible instalar baterías dentro de casa para gestionar el consumo interno.
    Cargarlas por la noche y usarlas por el día.
    O si tenemos placas fotovoltaicas cargarlas por el día y sin verter a la red consumir por la noche.

    Saludos,

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    • Son dos temas:
      – Almacenar electricidad de la red en baterías a horario barato: a mí me suena que estaba prohibido desde siempre, pero no he encontrado la ley que lo pone. En cualquier caso, dudo que sea fácil de detectar. Y habría que ver si es rentable, pues la cargar/descarga de baterías tiene pérdidas y el mantenimiento de éstas no es barato.
      – Sobre la fotovoltaica la ley es más reciente (5 meses). Y dice que se considera “autoconsumo” si existe un interruptor que permite alternar entre consumir de la red o consumir de tus placas. Y si es autoconsumo, conlleva unos costes de legalización importantes (como poner un contador accesible por la compañía entre tu placa y tu batería. En cambio, si tu placa alimenta sólo a ciertos eléctrodomésticos y éstos no pueden conectarse a la red (o sea, que los cables son diferentes), entonces se considera instalación aislada y no has de legalizar nada. Supongo que éste caso es para no llegar al ridículo de pretender cobrar por tener una calculadora solar.

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  14. Buen articulo.

    Me gustaría añadir que hay otro tipo de almacenamiento de energía que está bastante desarrollado técnicamente que es el aire comprimido.

    El problema de esta tecnología es que se utilizan cuevas de antiguas minas de sal u otros minerales o antiguos yacimientos de gas natural para almacenar y comprimir el aire. Lo que le hace difícil la disponibilidad de emplazamientos adecuados.

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  15. Me encanta leer este tipo de articulos sobre almacenaje de energía, necesario si queremos llegar a un sistema eléctrico con bajas emisiones de CO2.

    Aunque me han surgido dudas: El hidrógeno también seria útil para mover todo tipo de camiones (se pueden usar baterías, pero deberían ser ENOOOOORMES dado la gran potencia que estos vehículos deben desarrollar), usarlo para calefacción (bombonas de hidrógeno en lugar de butano), o para cocinar (sustituyendo el gas natural). Entonces, si se quiere usar una energia baja en co2 en todos los ámbitos, el hidrógeno también deberá cumplir para el uso doméstico y transporte, dejando probablemente poco hidrógeno para almacenar, a no ser que se instalase una cantidad ingente de renovables y aun así depender del clima.

    No se, en mi opinión es mejor usar hidroeléctrica de bombeo para almacenar (más rendimiento) pese al coste inicial, que se rentabilizará con el tiempo. El hidrógeno (a partir de sobre producción) evidentemente tendria su uso en ámbito industrial, doméstico y transporte.

    Lo que nos hace falta en España son 20 GW solares fotovoltaicos, ya que ésta presenta la ventaja de no depender tanto del clima como la FV (si pasa un nube, estás jodido ya que no permite almacenar tanto para la noche) que en verano podrian llegar a cubir fácil el 40% de la demanda al mediodia. Junto a la éolica e hidráulica podrian llegar a cubrir 60% en horas pico en verano. En invierno la FV no pierde tanto como la térmica solar, osea, más producción para fin de año.

    No solo es el hidrógeno, pensad también que se debe electrificar el transporte y abandonar el motor de combustión: Eso provocará, junto al supuesto caso de “hidrogeneizar” (me acabo de inventar la palabra) el ámbito doméstico, industrial y parte del automovilístico, que haya un incremento en la demanda muy grande. ¿Quizá triplicar la demanda actual?

    Los reactores nucleares se pueden modificar para ser capaces de seguir la demanda; lo hace Francia, también podemos nosotros. Pero vaya, que como no es el caso… Pues la nuclear no es gestionable. Podría, pero las cosas como son: Hoy por hoy no lo es.

    He leído un comentario sobre los residuos de las palcas solares, tengo entendido que se pueden reciclar (corregidme si me equivoco).
    Más solar, más hidroeléctrica y más aerogeneradores (¡pero en el mar que ahí suele soplar más viento!)

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