Continuamos profundizando en el tema de este mes: los sistemas de almacenamiento eléctrico con baterías. En esta ocasión, hemos entrevistado a Gabriel García, miembro del Departamento de Integración de Energías Renovables en Red del CENER.
¿Qué avances recientes destacarías de las tecnologías de almacenamiento eléctrico con baterías?
El sector de las baterías ha experimentado un desarrollo espectacular en las últimas décadas, hasta el punto de que se ha convertido en uno de los protagonistas de sectores tan importantes como el de los dispositivos electrónicos, el vehículo eléctrico y las energías renovables. La ingente cantidad de unidades demandadas, principalmente para los dos primeros sectores mencionados, ha permitido alcanzar una gran madurez y experimentar una reducción de costes asombrosa. Más aún, se espera que dicha reducción continúe durante los próximos años abriendo así nichos de mercado adicionales para las baterías.
Siendo un componente tan presente en nuestras vidas, las noticias de nuevos desarrollos y prometedores lanzamientos despiertan interés en el público general. Todo el mundo ansía disponer de baterías con mayor autonomía y vida útil, más ligeras y que permitan tiempos de recarga cada vez más cortos. La comunidad científica trabaja para avanzar en estos aspectos, así como en coste, eficiencia, reciclabilidad, minimización del uso de recursos escasos y de la dependencia de ciertas zonas geográficas, etc.
En particular, uno de los avances más esperados es el de desarrollar electrolitos de estado sólido. Este tipo de baterías puede alcanzar una densidad energética varias veces superior, mejorando las características de seguridad respecto a las baterías de electrolito acuoso y permitiendo además reducir la duración de la recarga hasta los diez minutos. Por otro lado, otro de los caballos de batalla del sector de las baterías es el de reducir a la mínima expresión el uso de cobalto, debido a consideraciones de coste y humanitarias entre otras, a costa de disminuir la densidad energética.
Existe una gran cantidad de estudios en este ámbito y de noticias de avances exitosos, por lo que resulta fundamental identificar cuáles son rigurosos y viables y cuáles no. Habitualmente, avances muy prometedores a nivel de laboratorio fallan en su proceso de escalado e industrialización y finalmente no consiguen un impacto significativo en el mercado.
Lo que parece claro es que el sector de las baterías, particularmente en la actualidad el del litio, ha alcanzado un nivel alto de madurez de la mano del desarrollo del vehículo eléctrico, y que otras aplicaciones pueden verse beneficiadas por este hecho. Hablamos de un sector en crecimiento, y con un abanico de suministradores fiables, que ha conseguido escalar las instalaciones de baterías hasta el nivel necesario para cubrir aplicaciones del sistema eléctrico conectándose a nivel de red.
¿Cuáles son los mayores desafíos a la hora de integrar sistemas de almacenamiento de energía con energías renovables?
Uno de los principales desafíos de este tipo de integración se presenta durante la fase preliminar, en la que se efectúa el dimensionamiento del sistema de almacenamiento. Este estudio depende de múltiples factores, como son el recurso renovable estimado y los posibles casos de negocio planteados. En función de estos y otros factores se determinará el comportamiento esperado del sistema de almacenamiento, y es a partir de ahí cuando se tratará de identificar la tecnología más adecuada para cumplir con dichos requisitos. Por último, queda calcular las dimensiones óptimas para la función a desempeñar, teniendo en cuenta consideraciones de retorno económico, vida útil estimada bajo el comportamiento esperado y las condiciones ambientales, etc.
Dicho todo esto, este proceso puede resultar en un ejercicio fallido si a lo largo de la vida del proyecto cambian las condiciones regulatorias o de mercado con las que se contaba para obtener un caso rentable. La incertidumbre propia de un sector en desarrollo como el de las renovables, sumado a la transición del sector eléctrico, suponen importantes desafíos para un sector como el del almacenamiento del que se espera un importante despliegue.
¿Cuáles son las ventajas para el sector energético de implementar sistemas de almacenamiento?
Los sistemas de almacenamiento presentan un abanico de herramientas muy interesantes para el sistema energético. En primer lugar, en el ámbito del sistema eléctrico, pueden servir para suplir ciertos servicios que han sido tradicionalmente provistos por otras tecnologías. Dada la reducción paulatina de la capacidad instalada de generadores síncronos conectados a la red, deben ser otras tecnologías las que suplan esta inercia mediante sistemas de respuesta rápida. Afortunadamente, existen sistemas de almacenamiento que, generalmente acompañados de la electrónica de potencia adecuada, son capaces de responder con la velocidad necesaria para desempeñar dichas tareas de regulación del sistema. Además, los requerimientos de flexibilidad en el sistema eléctrico van a continuar aumentando de forma paralela al drástico incremento de la generación renovable incluido en el Plan Nacional Integrado de Energía y Clima (PNIEC) 2021-2030, por lo que serán necesarios sistemas de almacenamiento con diferentes funciones y que puedan proveer energía durante diferentes lapsos de tiempo.
Figura 1 | Clasificación de las aplicaciones de almacenamiento de energía. Fuente: EASE
Por otro lado, salvo contadas excepciones como los supercondensadores, en los que efectivamente se almacena energía en forma de carga eléctrica, la mayor parte de tecnologías de almacenamiento requieren de una transformación en otro tipo de energía (química, térmica, etc.) antes de poder almacenarla. Si bien este requisito supone pagar el peaje de ciertas pérdidas de energía en el proceso, en casos como el del hidrógeno abre la puerta a interesantes aplicaciones en el ámbito del acoplamiento sectorial. Es este un punto de importancia vital en la agenda europea para avanzar en el camino de la transición energética. La posibilidad de avanzar en la interconexión de los sectores de electricidad, gas, calor y frío, y movilidad ofrece oportunidades de mayor aprovechamiento de recursos, optar a múltiples fuentes de ingresos, un aumento de la eficiencia global del sistema, así como un comportamiento más estable de los mercados.
¿Cómo es tu visión de la red eléctrica del futuro?
En los últimos tiempos, la red eléctrica ha sido capaz de transformarse para integrar con éxito una gran cantidad de generación renovable no regulable. Es una transformación que sigue viva y debe continuar dando pasos importantes para cumplir con los planes derivados de los acuerdos climáticos internacionales.
De acuerdo con las directrices que llegan desde Europa, esta transformación debe ser una oportunidad para implementar cambios en el diseño del mercado eléctrico, armonizando las reglas para conseguir un suministro estable y a coste competitivo para los ciudadanos. El mercado debe ser mejorado para atraer las inversiones necesarias que permitan la transición energética esperada.
Si bien el sector eléctrico suele ser considerado como un entorno conservador, en el sentido de que prima la seguridad de suministro por encima de otras consideraciones, las compañías de distribución y transporte se encuentran inmersas en la tarea de dotar de mayor inteligencia y flexibilidad al sistema. Solo de esta forma será posible integrar un gran número de sistemas distribuidos de generación, y permitir la aparición de nuevos actores como los agregadores y servicios asociados como gestión de la demanda o recarga inteligente de vehículos eléctricos.
¿Te gustaría comentar algún proyecto relacionado con el almacenamiento eléctrico que estéis llevando a cabo en el CENER?
Actualmente, estamos participando en un proyecto europeo muy interesante enfocado en aumentar la flexibilidad de la red eléctrica a través de la coordinación óptima de distintas fuentes de generación renovable, almacenamiento y cargas. Se trata del proyecto OSMOSE (LCE-04-2017 – Demonstration of system integration with smart transmission grid and storage technologies with increasing share of renewables), liderado por RTE y en el que participan 33 socios, incluyendo varias de las principales TSO europeas.
El proyecto consta de 4 demostradores, uno de los cuales se desarrolla en España liderado por REE y cuya puesta en marcha tendrá lugar durante los próximos meses, siendo conectado a la infraestructura de la microrred ATENEA de CENER que está ubicada en Sangüesa (Navarra).
Figura 2 | Instalaciones de la microrred ATENEA en CENER
Este demostrador, que operará conectado a la red, utilizará un Dispositivo Híbrido de Flexibilidad (HFD) que combina STATCOM, supercondensadores y un sistema de baterías de litio de 1500V DC. Adicionalmente, se hará uso de equipos disponibles en la microrred, donde se dispone de generación renovable y una batería de flujo redox de vanadio, entre otras tecnologías de almacenamiento, así como un sistema de cargas programables.
La solución integrada proporcionará diferentes servicios de flexibilidad (emulación de inercia, regulación de frecuencia, control de tensión, etc.) siendo coordinada por un sistema de control maestro. CENER aporta su experiencia, en relación con la integración de renovables en la red y la gestión de sistemas de almacenamiento, para desarrollar dicho control maestro que persigue dos objetivos principales. Por un lado, proveer los servicios de flexibilidad demandados, respetando las prioridades predefinidas cuando existe simultaneidad entre ellos. Por otro lado, gestionar el reparto de requerimientos de potencia a los distintos equipos disponibles, teniendo en cuenta las consideraciones de degradación de las diferentes tecnologías, con el objetivo de maximizar la vida útil de los mismos.
Una vez que la operación del demostrador sea validada en las instalaciones de CENER, se trasladará para ser desplegado en la red de distribución de REE en las islas Canarias. El sistema eléctrico de Canarias debido a su idiosincrasia, es un banco de pruebas ideal para evaluar la efectividad de diferentes tecnologías de flexibilidad brindando múltiples servicios al sistema.
Referencias
