El almacenamiento como aliado de las renovables ( Gustavo González Urdaneta )

 

 

El almacenamiento como aliado de las renovables

Gustavo González Urdaneta

Miami 10 mayo 2025

 

La energía eléctrica puede ser fácilmente generada, transportada y transformada. Sin embargo, hasta ahora no se ha logrado almacenarla de forma práctica, fácil y barata. Esto implica que la energía eléctrica debe generarse en todo momento de acuerdo con la demanda y, en consecuencia, las energías renovables —de naturaleza no gestionable— requieren el apoyo de los sistemas de almacenamiento para integrarse, evitar vertidos de energía limpia en períodos valle y dotar de mayor eficiencia y seguridad al sistema eléctrico. En un mundo que se encuentra en plena transición de las energías fósiles a las fuentes renovables, como la energía eólica y la solar, una mejora del almacenamiento de energía eléctrica resulta de vital importancia para respaldar estas tecnologías, asegurando que los sistemas de red estén equilibrados y contribuyendo a aprovechar al máximo cada megavatio verde generado.

 

Gracias al progreso tecnológico, es posible transformar en realidad lo que en el mundo antiguo solo estaba en manos de los dioses: acumular energía eólica y solar para que esté disponible las 24 horas del día. Y todo gracias a los sistemas de almacenamiento de energía. La labor de ellos consiste en almacenar la electricidad y ponerla a disposición cuando más se necesita, actuando como una balanza entre la oferta y la demanda y ayudando a estabilizar la red. Son varios los beneficios de los sistemas de almacenamiento de energía. En muchos lugares del mundo, los picos de demanda energética pueden provocar estrés en la red eléctrica y el almacenamiento de energía desempeña un papel vital en su gestión a través de diferentes acciones que se pueden llevar a cabo, almacenando energía durante períodos de baja demanda y la liberas durante los picos, lo que ayuda a evitar la sobrecarga de la red. Esto reduce la necesidad de centrales de pico que se activan únicamente durante los momentos de alta demanda, las cuales son menos eficientes y más costosas, asi como su transmision asociada. Adicionalmente podemos reducir los costes operativos, ya que las fuentes de energía almacenada suelen tener menores costos que activar plantas de pico.

 

Más allá de estas funciones básicas, las tecnologías de almacenamiento modernas pueden aportar una amplia gama de servicios valiosos a los sistemas eléctricos, incluyendo regulación de frecuencia, reserva rodante, gestión de congestión en redes, postergación de inversiones en infraestructura y mejora de la calidad de energía. Según análisis de la Agencia Internacional de Energía (IEA), la implementación estratégica de almacenamiento podría reducir los costos de integración de energías renovables en hasta un 30%, mientras mejora significativamente la resiliencia del sistema ante eventos climáticos extremos y otras perturbaciones. Dependiendo de su capacidad, los sistemas de almacenamiento de energía se dividen en: almacenamiento a gran escala, que se emplea en lugares en los que se trabaja con escalas de GW; almacenamiento en redes y en activos de generación, donde se trabaja con escalas de MW; y, finalmente, almacenamiento a nivel de usuario final, que se emplea a nivel residencial y se trabaja con kW.

 

La evolución tecnológica en este campo ha sido notable, con avances simultáneos en múltiples familias de tecnologías que van desde las baterías electroquímicas hasta soluciones mecánicas, térmicas y químicas. Cada tecnología presenta características únicas en términos de densidad energética, potencia específica, tiempo de respuesta, eficiencia round-trip, vida útil y costos nivelados, haciendo que su aplicabilidad dependa fuertemente del caso de uso específico. Las baterías, conectadas de manera secuencial, figuran en la actualidad entre los sistemas de almacenamiento de mayor uso (a excepción, evidentemente, de los sistemas hidroeléctricos con reservorios naturales y los de bombeo) y están experimentando toda una revolución tecnológica. Año tras año se introducen nuevos materiales y soluciones tecnológicas de vanguardia que garantizan una mayor eficiencia, unos costos más bajos y un enfoque, diseño para reciclar, cuyo objetivo es obtener un producto cada vez más sostenible.

 

Las centrales hidroeléctricas con embalse natural representan el sistema de almacenamiento por excelencia a escala de GW que aprovechan la caída del agua desde una altura determinada (presa o embalse) para hacer girar turbinas conectadas a generadores eléctricos. Ellos cumplen su función basados en el ciclo del agua: Primero, el agua es almacenada en un embalse o represa. Luego, la apertura de compuertas permite que el agua fluya hacia las turbinas, haciendo que estas giren y generen electricidad. Finalmente, el agua es liberada aguas abajo de la central y puede ser aprovechada de nuevo en otras centrales en cascada en el mismo rio como es el caso del sistema Guri de Venezuela.

 

La central hidroeléctrica de bombeo es un tipo especial de central hidroeléctrica que tiene dos embalses. El agua contenida en el embalse situado en el nivel más bajo —embalse inferior—, es bombeada durante las horas de menor demanda eléctrica al depósito situado en la cota más alta —embalse superior—, con el fin de turbinarla, posteriormente, para generar electricidad en las horas de mayor consumo eléctrico. Por tanto, estas instalaciones permiten una mejora en la eficiencia económica de la explotación del sistema eléctrico al almacenar electricidad en forma de agua embalsada en el depósito superior. Constituye en la actualidad una de las formas más económica de almacenar energía eléctrica dependiendo del costo de obra civil.

 

Las plantas modernas de bombeo pueden alcanzar eficiencias round-trip del 75-85%, con tiempos de arranque de minutos y vidas útiles que superan los 50 años, aunque requieren condiciones geográficas específicas y enfrentan desafíos ambientales y de aprobación regulatoria. Los avances en turbinas de velocidad variable y diseño de embalses subterráneos están expandiendo el potencial de ubicación para estas instalaciones, mientras que conceptos innovadores como el bombeo hidroeléctrico fuera de río y los sistemas acoplados a energía mareomúltiple abren nuevas posibilidades. Es una tecnología rentable y probada que proporciona estabilidad al sistema eléctrico y puede generar cantidades significativas de energía limpia con tiempos de respuesta rápidos. Las 10 centrales de bombeo más grandes en el mundo van desde los 3.303 MW en EEUU en la Central de Bath County hasta la Central de Dinorwig de 1.728 MW en el Reino Unido.

 

Las Baterías son un dispositivo que almacena energía en compuestos químicos capaces de generar carga eléctrica. Existen multitud de tipos, como las pilas de plomo-ácido, las de ion de litio o las de níquel-cadmio. Las principales ventajas de las baterías son su rapidez de respuesta —milisegundos—, su facilidad de instalación y escalabilidad y, finalmente, los múltiples beneficios que pueden aportar a activos renovables a los que vayan asociadas. Entre los tipos de tecnologías de almacenamiento más utilizadas tenemos que las baterías de ion-litio son populares por su capacidad para proporcionar una gran cantidad de energía rápidamente y por su eficiencia en el almacenamiento. Ejemplos de este tipo de almacenamiento: Teléfonos móviles, tablets, portátiles, vehículos eléctricos y drones…

 

En los últimos años, el sector de las energías renovables ha visto en las baterías de ion de litio la solución a su principal problema: el almacenamiento de la energía generada. El litio cuenta con un elevado potencial electroquímico, puede acumular grandes cantidades de energía, reducido peso y una alta eficiencia pero aún presentan un escollo: su elevado costo. Esta situación, sin embargo, parece estar cambiando. Según recientes estudios el costo de las baterías de ion de litio se reducirá notablemente en los próximos años —más allá incluso de la reducción del 85% que se produjo entre 2010 y 2018 con una pronosticada reducción a la mitad de los costos de las baterías de ion de litio por kW/h para 2030, a medida que la demanda despega en dos mercados diferentes: almacenamiento estacionario y vehículos eléctricos.

 

Las Pilas de combustible de hidrógeno son un tipo de almacenamiento químico continuo. Se diferencia de las baterías en que el hidrógeno abastece permanentemente la pila desde el exterior permitiendo su uso constante. Existen otros tipos de pilas de combustible, pero el hidrógeno es el combustible más utilizado. Su construcción es relativamente simple, el elemento químico con el que funciona tiene amplia disponibilidad. La pila de hidrógeno tiene un muy bajo riesgo de errores, su eficiencia es bastante elevada lo que le permite alcanzar alto rendimiento durante largos periodos de tiempo y su funcionamiento es bastante silencioso. Cuentan con un arranque muy rápido, el hidrogeno supone una seguridad mayor a la de la gasolina y se pueden combinar en casi cualquier número, lo que aumenta su escalabilidad y la variedad de aplicaciones. Su principal desventaja es que para obtener el hidrógeno, se hace necesario un aporte alto de energía, es decir que se requiere más energía eléctrica para producir el hidrógeno que aquella que produce la misma pila de combustible.

 

El Almacenamiento térmico consiste en acumular energía en materiales que permitan retenerla y liberarla de manera controlada, a través de métodos que incluyen desde la refrigeración mediante acumulación de hielo hasta la exposición a temperaturas extremadamente elevadas. La tecnología de almacenamiento térmico se utiliza principalmente en aplicaciones de energía solar concentrada (CSP, por sus siglas en inglés), en los cuales el calor capturado del sol se almacena en sales fundidas u otros materiales para su uso posterior en la generación de electricidad, permitiendo así la producción de energía incluso cuando el sol no está brillando. Es una tecnología que utiliza espejos o lentes para concentrar la luz solar en receptor, que luego convierte esa energía térmica en electricidad o calor para procesos industriales. Esta tecnología se diferencia de la energía fotovoltaica (PV) en que la CSP utiliza la luz solar para generar calor, mientras que la PV convierte directamente la luz solar en electricidad.

 

El almacenamiento por aire comprimido (CAES) representa otra solución y cuentan con un motor reversible que, durante los momentos de exceso de energía, almacena el aire ambiente a altas presiones en cubículos bajo tierra. Es un sistema de almacenamiento mecánico equiparable en capacidad al bombeo hidroeléctrico, particularmente adecuada para regiones planas sin recursos hidroeléctricos disponibles. Los sistemas CAES convencionales (adiabáticos y diabáticos) logran eficiencias del 40-70%, almacenando energía en forma de aire presurizado en cavernas subterráneas que luego se expande a través de turbinas cuando se necesita generación. Los desarrollos recientes en sistemas CAES avanzados (incluyendo isotérmicos y de pequeña escala) prometen eficiencias superiores al 70% sin requerir combustibles fósiles auxiliares, mientras que los sistemas de almacenamiento térmico asociado están permitiendo aplicaciones combinadas de energía y calor industrial.

 

Otras tecnologías mecánicas notables incluyen los sistemas de almacenamiento por gravedad (que levantan bloques masivos en torres o minas abandonadas) y los sistemas de resorte a gran escala, cada uno con perfiles técnicos-económicos que los hacen adecuados para nichos operativos específicos dentro del ecosistema energético. Por ultimo mencionaríamos el supercondensador, un dispositivo capaz de almacenar grandes cantidades de energía eléctrica en forma de cargas electrostáticas, por lo que no hay reacciones químicas y los Volantes de inercia que son un sistema de almacenamiento mecánico consistente en un disco metálico que comienza a girar cuando se le aplica un par motor para, a continuación, intentar frenar el volante con un par resistente conservando la energía eléctrica en forma cinética, excelentes para aplicaciones de alta potencia y corta duración como regulación de frecuencia.

 

Los marcos legales no han evolucionado lo suficiente para reconocer el valor completo del almacenamiento como activo único que puede funcionar simultáneamente como generación, carga y recurso de flexibilidad. La estandarización de protocolos de comunicación y control será crítica para garantizar interoperabilidad en sistemas cada vez más complejos y heterogéneos. En el ámbito de materiales, la seguridad en la cadena de suministro y el desarrollo de procesos de reciclaje eficientes son áreas prioritarias para garantizar la sostenibilidad a largo plazo del almacenamiento electroquímico masivo. A medida que estos desafíos se abordan, el almacenamiento de energía puede permitir la transición hacia redes descarbonizadas, descentralizadas y digitalizadas que puedan satisfacer las demandas energéticas del siglo XXI de manera confiable y económica.

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