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Cinco ventajas principales del nuevo sistema de almacenamiento de energía de larga duración (LDES)

Actualmente, la industria energética mundial se encuentra en una etapa crítica de transición energética de los combustibles fósiles a las energías renovables. Sin embargo, la creciente proporción de energías renovables en la estructura energética plantea nuevos desafíos. La aleatoriedad, la intermitencia y la volatilidad de la generación de energía eólica y solar ejercen una presión estructural considerable sobre los sistemas eléctricos existentes.

La integración de grandes cantidades de energía eólica y solar podría provocar frecuentes excedentes y cortes de suministro eléctrico. Si la proporción de nuevas instalaciones energéticas continúa aumentando, los períodos de desequilibrio energético podrían durar varios días o incluso semanas. Además, en el contexto del calentamiento global, los fenómenos meteorológicos extremos podrían incrementar la frecuencia de las fluctuaciones de suministro.

En resumen, en esta carrera de transición energética, la industria eléctrica enfrentará tres desafíos principales:

1. Desequilibrio entre la oferta y la demanda de energía: tanto las situaciones de excedente como de escasez de energía ocurrirán con mayor frecuencia durante un período de tiempo más largo.
2. Cambio en el modelo de transmisión y distribución de energía: la transición de la transmisión y distribución de energía tradicional a un modelo distribuido interactivo fuente-red-carga resultará en aumentos significativos de costos para las actualizaciones de la red.
3. Pérdida de la inercia mecánica del sistema y de la reserva rotatoria: la mayoría de las fuentes de energía renovable carecen de la inercia mecánica de los generadores tradicionales, lo que reduce la capacidad general de regulación de la frecuencia de la red y reduce aún más la estabilidad de la red.
4. La nueva tecnología de almacenamiento de energía de larga duración (LDES) es clave para resolver los desafíos de la nueva integración energética.

LDES: Clave para resolver los desafíos de las energías renovables

Como batería de iones de litio El almacenamiento se utiliza ampliamente en el sector energético, pero sus desventajas, principalmente los problemas de seguridad y la escasa rentabilidad para aplicaciones de almacenamiento de larga duración (>4 h), van surgiendo gradualmente.

El nuevo LDES puede mejorar la flexibilidad de los sistemas eléctricos al almacenar y liberar energía durante un período más largo (más de 4 h, a lo largo de días, semanas y estaciones). Sus principales escenarios de aplicación se observan en cuatro áreas:

1. Almacenamiento intradiario: el almacenamiento de larga duración de 4 a 12 horas soluciona el desequilibrio entre el suministro y la demanda de energía durante el día.
2. Almacenamiento entre días y semanas: gestiona principalmente anomalías climáticas de corto plazo (falta de luz solar, escasez de agua, etc.) que provocan desequilibrios energéticos a mediano y largo plazo.
3. Aplicación entre estaciones: Resuelve la demanda máxima de energía en invierno y las incertidumbres a largo plazo en el sistema eléctrico causadas por el cambio climático.
4. Respuesta a fenómenos meteorológicos extremos.
5. El nuevo LDES puede lograrse a través de varias rutas tecnológicas.

LDES se puede lograr utilizando varias tecnologías

Los escenarios de aplicación mencionados anteriormente requieren que el nuevo LDES cumpla con los requisitos técnicos para el almacenamiento intradiario, interdiario, intersemanal y entre temporadas, y que al mismo tiempo sea más competitivo en términos de economía, seguridad y escala de capacidad.

Esto exige que el nuevo LDES pueda escalarse con flexibilidad para mantener el suministro eléctrico durante varias horas, días o incluso semanas, reduciendo así el uso de materias primas de metales raros (como níquel, cobalto y manganeso, necesarios para las baterías de iones de litio), compensando así las deficiencias de los sistemas de baterías de iones de litio para el almacenamiento de larga duración. El nuevo LDES puede implementarse mediante diversos medios, como el almacenamiento mecánico, térmico, electroquímico y químico.

1. Almacenamiento mecánico: La tecnología de almacenamiento mecánico más desarrollada es el almacenamiento por bombeo, que representa 951 TP3T de la capacidad total mundial de almacenamiento, pero presenta ciertos requisitos para la selección de la ubicación de la planta. Las nuevas instalaciones de almacenamiento por bombeo, como las bombas de agua geomecánicas, pueden reducir su dependencia de las condiciones geográficas. Otros tipos de almacenamiento mecánico incluyen el almacenamiento por aire comprimido, el almacenamiento gravitacional y el almacenamiento por aire líquido. El almacenamiento por aire comprimido también abarca el almacenamiento térmico, que almacena el calor generado durante el proceso de compresión para su reutilización en el ciclo de descarga; el almacenamiento gravitacional se encuentra en las primeras etapas de comercialización.
2. Almacenamiento térmico: La tecnología de almacenamiento térmico permite liberar electricidad y calor simultáneamente. Las rutas tecnológicas se dividen en la modificación de la temperatura del medio, la modificación del estado del material del medio y la reacción termoquímica del calor. Estas tecnologías utilizan medios como sales fundidas, hormigón, aleaciones de aluminio o roca para almacenar calor en un contenedor aislado. La ruta tecnológica más utilizada combina sales fundidas con instalaciones de energía solar concentrada (CSP).
3. Almacenamiento químico: incluye el almacenamiento de hidrógeno y el almacenamiento de gas natural.
4. Almacenamiento electroquímico: En cuanto al almacenamiento de larga duración basado en reacciones electroquímicas, las baterías de flujo son una tecnología relativamente madura. Almacenan energía eléctrica en un disolvente químico en un tanque externo, y la carga y descarga se realizan mediante una membrana de intercambio iónico.

Las nuevas baterías de flujo de metal-aire utilizan principalmente recursos abundantes y de bajo costo, como el metal, el aire y el agua. Ofrecen escalabilidad y menores costos de instalación del sistema. Las baterías de flujo híbridas cuentan con un electrolito líquido y un ánodo metálico, combinando las características de las baterías de flujo tradicionales y las baterías metálicas.

LDES tiene cinco ventajas clave sobre otras formas de almacenamiento de energía

La creciente proporción de generación de energía renovable impulsará la necesidad de almacenamiento de 8 a 12 horas o incluso más. Esto crea un mercado importante para el nuevo almacenamiento de energía de larga duración (LDES). En comparación con las baterías de litio, la nueva tecnología LDES ofrece las siguientes cinco ventajas:

1. Menor costo marginal al almacenar grandes cantidades de energía eléctrica.
2. La energía y la potencia están disociadas, lo que permite un diseño y un funcionamiento del sistema más flexibles.
3. Diseño modular y escalable, con menos requisitos de sitio y mayor seguridad.
4. La tecnología no depende de elementos raros, lo que se traduce en menores costos económicos y beneficios de escala industrial.
5. Ciclo de construcción más corto en comparación con la modernización y ampliación de las redes de transmisión y distribución, lo que permite una implementación e integración más rápidas a la red eléctrica.

Frente a escenarios de aplicación complejos desde el lado de la transmisión, el lado de la red y el lado del usuario, los escenarios de aplicación del nuevo almacenamiento de energía de larga duración (LDES) se pueden dividir principalmente en las siguientes cinco áreas:

1. Almacenamiento de energía y respaldo de capacidad para optimizar la red de transmisión y distribución. Esta ventaja ayuda a reducir el desperdicio y a maximizar el uso de la energía generada.
2. Optimizar el suministro de energía eléctrica en zonas remotas y reducir la inestabilidad de la red. Esto podría mejorar significativamente la fiabilidad del suministro eléctrico en zonas que tradicionalmente han tenido dificultades para mantener un suministro constante.
3. Apoyar la estabilidad y seguridad de las instalaciones fuera de la red eléctrica o microrredes, como los sistemas eléctricos aislados. Esto podría ser crucial en lugares remotos o aislados donde la conexión a la red convencional resulta impráctica.
4. Participar en el mercado spot de electricidad y gestionar la calidad de la electricidad: esto ayuda a las empresas a reducir los costos de electricidad, protegerse contra las fluctuaciones de precios de la electricidad y el combustible y lograr operaciones respetuosas con el medio ambiente.
5. Participar en servicios auxiliares de la red para mejorar la estabilidad de la red: algunos sistemas LDES tienen inercia rotatoria y pueden participar en la regulación de frecuencia y otros servicios auxiliares.

Se espera que el almacenamiento de energía de larga duración (LDES) experimente un crecimiento a gran escala

Aunque algunas nuevas tecnologías LDES aún se encuentran en sus primeras etapas, en el contexto de una transición energética acelerada, el Consejo Internacional de Almacenamiento de Energía de Larga Duración (Consejo LDES) y McKinsey predicen que se comenzarán a ver instalaciones LDES a gran escala en todo el mundo a partir de 2025. Se espera que la capacidad instalada acumulada alcance los 30-40 GW (capacidad total de 1 TWh), que es de 6 a 8 veces la capacidad pública actual, con 951 TP3T de las instalaciones distribuidas.

Para 2030, con una tasa de penetración de energía renovable que se espera que alcance 60%-70%, se espera que la capacidad instalada acumulada de LDES alcance 150-400GW (capacidad total de 5-10TWh).

Para 2040, se proyecta que la capacidad instalada global de LDES se amplíe a 1,5-2,5 TW (capacidad total de 85-140 TWh), aproximadamente de 8 a 15 veces la capacidad total de almacenamiento actual. Esto reduciría las emisiones de carbono entre 1.500 y 2.300 millones de toneladas al año, lo que representa aproximadamente entre 101 TP³ y 151 TP³ de las emisiones actuales del sector eléctrico.

La energía almacenada representará 101 TP3T de la producción mundial de electricidad, con un tamaño de mercado superior a un billón de dólares estadounidenses. Esto también significa que, para 2040, la inversión acumulada en LDES alcanzará entre 1,5 y 3 billones de dólares estadounidenses. En 2021, la inversión acumulada en las principales empresas de LDES alcanzó los 2.500 millones de dólares estadounidenses, casi duplicándose en los últimos cuatro años.

En general, el aumento de la cuota de energía renovable impulsará considerablemente la capacidad de instalación y el desarrollo del mercado de los sistemas de energía de baja energía (EDE). El momento en que las energías renovables alcancen entre el 60% y el 70% de la cuota de mercado del sistema eléctrico podría ser un hito clave para el desarrollo de los EDE.

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