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

Actualmente, la industria energética mundial se encuentra en una etapa crítica de la 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 crean una presión estructural sustancial sobre los sistemas energéticos existentes.

Una gran integración de las energías eólica y solar podría provocar frecuentes excedentes y escasez de energía. Si la proporción de nuevas instalaciones energéticas sigue aumentando, los períodos de desequilibrio energético pueden durar varios días o incluso semanas. Además, en el contexto del calentamiento global, los fenómenos meteorológicos extremos pueden aumentar la frecuencia de las fluctuaciones energéticas.

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 interactivo distribuido, fuente, carga de la red, resultará en aumentos significativos de costos para las actualizaciones de la red.
3. Pérdida de inercia mecánica del sistema y reserva rotativa: la mayoría de las fuentes de energía renovables 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

Comobatería de iones de litioAunque el almacenamiento se utiliza ampliamente en el sector energético, sus desventajas, principalmente sus problemas de seguridad y su escasa economía para aplicaciones de almacenamiento de larga duración (>4h), emergen gradualmente.

El nuevo LDES puede mejorar la flexibilidad de los sistemas de energía almacenando y liberando energía durante un período de tiempo más largo (>4 h, a lo largo de días, semanas y estaciones). Sus principales escenarios de aplicación se ven 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 meteorológicas de corta duración (falta de luz solar, escasez de agua, etc.), que provocan desequilibrios energéticos a medio 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 eventos climáticos extremos.
5. El nuevo LDES se puede lograr 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, entre días, entre semanas y entre estaciones, y al mismo tiempo sea más competitivo en términos de economía, seguridad y escala de capacidad.

Esto exige que el nuevo LDES pueda ampliarse de manera flexible para mantener el suministro de energía durante varias horas, días o incluso semanas, reduciendo el uso de materias primas de metales raros (como níquel, cobalto y manganeso necesarios para las baterías de iones de litio), compensando así la las deficiencias de los sistemas de baterías de iones de litio para el almacenamiento de larga duración. El nuevo LDES se puede lograr a través de varios medios, como el almacenamiento mecánico, térmico, electroquímico y químico.

1. Almacenamiento mecánico: la tecnología de almacenamiento mecánico más madura es el almacenamiento por bombeo, que representa el 95% de la capacidad total de almacenamiento mundial, pero tiene ciertos requisitos para la selección del sitio de la planta. Las nuevas instalaciones de almacenamiento por bombeo, como las bombas de agua geomecánicas, pueden reducir su dependencia de las condiciones geográficas. Otro almacenamiento mecánico incluye almacenamiento de aire comprimido, almacenamiento gravitacional y almacenamiento de aire líquido. El almacenamiento de aire comprimido también engloba el almacenamiento térmico, almacenando 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 puede liberar electricidad y calor simultáneamente. Las rutas tecnológicas se pueden dividir en cambiar la temperatura del medio, cambiar el estado del material del medio y reacción térmica termoquímica, etc. Estas tecnologías utilizan medios como sal fundida, hormigón, aleación de aluminio o material rocoso para almacenar calor en un contenedor aislado. La ruta tecnológica más utilizada combina sales fundidas con instalaciones de energía solar concentrada (CSP).
3. Almacenamiento de productos químicos: Esto incluye el almacenamiento de hidrógeno y el almacenamiento de gas natural.
4. Almacenamiento electroquímico: en términos de almacenamiento de larga duración basado en reacciones electroquímicas, las baterías de flujo son una tecnología relativamente madura. Las baterías de flujo almacenan energía eléctrica en un solvente químico en un tanque externo, y la carga y descarga se logran a través de una membrana de intercambio iónico.

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

LDES tiene 5 ventajas clave sobre otras formas de almacenamiento de energía

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

1. Menor coste marginal al almacenar grandes cantidades de energía eléctrica.
2. La energía y la potencia están desacopladas, lo que permite un diseño y funcionamiento del sistema más flexible.
3. Diseño modular y escalable, con menos requisitos de sitio y mayor seguridad.
4. La tecnología no depende de elementos raros, lo que resulta en menores costos económicos y beneficios de efectos de escala industrial.
5. Ciclo de construcción más corto en comparación con la mejora y expansión de las redes de transmisión y distribución, lo que permite una implementación e integración más rápida 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 maximizar el uso de la energía generada.
2. Optimizar el suministro de energía eléctrica en zonas remotas y mejorar la inestabilidad de la red. Esto podría mejorar significativamente la confiabilidad del suministro eléctrico en áreas que tradicionalmente han tenido problemas con un suministro constante.
3. Respaldar la estabilidad y seguridad de instalaciones fuera de la red/microrredes, como sistemas de energía aislados. Esto podría resultar crucial para ubicaciones remotas o aisladas donde la conexión a la red convencional no es práctica.
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 la electricidad, protegerse contra las fluctuaciones de los 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 giratoria 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 las 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 LDES comenzará a ver instalaciones a gran escala en todo el mundo a partir de 2025. Se espera que la capacidad instalada alcance entre 30 y 40 GW (capacidad total de 1 TWh), que es entre 6 y 8 veces la capacidad pública actual, con el 95% de las instalaciones distribuidas.

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

Para 2040, se prevé que la capacidad instalada global de LDES se ampliará a 1,5-2,5 TW (capacidad total de 85-140 TWh), aproximadamente entre 8 y 15 veces la capacidad total de almacenamiento actual. Esto reduciría las emisiones de carbono entre 1.500 y 2.300 millones de toneladas por año, lo que representa alrededor del 10%-15% de las emisiones actuales del sector energético.

La energía almacenada representará el 10% de la producción eléctrica mundial, con un tamaño de mercado superior al billón de dólares. 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 LDES había alcanzado los 2.500 millones de dólares estadounidenses, casi duplicándose en los últimos cuatro años.

En general, el aumento de la proporción de energía renovable promoverá en gran medida la capacidad de instalación y el desarrollo del mercado de LDES. El punto en el que la energía renovable represente entre el 60% y el 70% de la cuota de mercado del sistema eléctrico podría ser un hito clave para el desarrollo de LDES.