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23 septiembre 2022

Malabarismos energéticos para que el sol y el viento enciendan la luz

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Para que la luz se encienda cada vez que pulsamos el interruptor, es necesario que toda una red eléctrica esté coordinada en un sutil juego de equilibrios, de modo que la energía producida en un determinado instante corresponda exactamente a la demanda de consumo en ese momento. Pero ¿qué pasa si esa generación no es constante en el tiempo, por ejemplo en el caso de energías limpias como la fotovoltaica o la eólica? Poder almacenar grandes cantidades de energía, con un coste asumible, es uno de los grandes retos del sector para poder aprovechar las fuentes renovables.

BBVA-OpenMind-Javier Yanes-Innovaciones para hacer las energías renovables más sostenibles 5-Sinn Power propone unir la energía de las olas, el sol y el viento en un mismo sistema. Crédito: Sinn Power
Sinn Power propone unir la energía de las olas, el sol y el viento en un mismo sistema. Crédito: Sinn Power

No siempre el viento sopla, ni todos los días hace sol, y además las necesidades energéticas de los consumidores no siempre están coordinadas con la meteorología. Para lograr una buena integración de las renovables en la red, es fundamental no alterar el funcionamiento del sistema. “Un desequilibrio mal gestionado puede llevar a cortes de suministro e incluso a averías de equipos de generación y de los propios clientes”, asegura Ricardo Luis Guerrero, miembro de uno de los paneles de expertos en renovables de la Agencia Internacional de la Energía.

Actualmente este equilibrio entre demanda y oferta se suele obtener combinando la generación renovable eólica y fotovoltaica con la convencional producida, por ejemplo, en centrales hidroeléctricas o de gas, cuyas fuentes normalmente garantizan ciclos productivos más estables en el tiempo. A esta delicada tarea se dedican especialistas como los del Centro de Control Eléctrico (CECOEL) de Red Eléctrica —operador y transportista único en el sistema en España—. Allí, algoritmos y tecnologías de control de las centrales productivas permiten supervisar la generación y distribución de la electricidad evitando desajustes con respecto a la demanda. “Llevamos en esto muchos años”, asegura Juan Bola, jefe de la unidad operativa de energías renovables en este centro. “La que vamos a vivir a partir de ahora supone un reto adicional”. A ello se une un posible déficit energético provocado por la reciente inestabilidad internacional como consecuencia de la guerra en Ucrania.

Los almacenes del futuro

El sector busca nuevas fórmulas para integrar estas, también de cara a la posibilidad de que su crecimiento acelerado provoque excesos de producción, aseguran distintos expertos consultados. Una de las principales líneas seguidas, coinciden, es el desarrollo de tecnologías de almacenamiento energético.

“Algunos países hoy nos enseñan que pueden basarse al cien por cien en renovables para obtener electricidad durante largos períodos de tiempo”, afirma Kasper Moth-Poulsen, de la Chalmers University of Technology (Suecia), químico experto en materiales de almacenamiento de energía. “Parte del desafío consiste en encontrar soluciones de almacenamiento que sean de muy alto rendimiento (para transporte y transporte aéreo) o de muy bajo coste y escalables (aplicaciones de calefacción)”.

BBVA-OpenMind-Rodella-Yanes-malabarismos energeticos_1 Poder almacenar grandes cantidades de energía es uno de los retos del sector para aprovechar las fuentes renovables. Crédito: American Public Power Association
Poder almacenar grandes cantidades de energía es uno de los retos del sector para aprovechar las fuentes renovables. Crédito: American Public Power Association

Las posibilidades ya reales son múltiples, agrega el ingeniero ambiental Mark Z. Jacobson, de la Universidad de Stanford (California, EEUU). Para almacenar electricidad, existen opciones como las centrales de bombeo (hidroeléctricas conectadas con parques renovables que se alimentan de los excesos de producción de estos últimos y, a cambio, intervienen para compensar momentos de baja generación), las baterías, el almacenamiento en forma de aire comprimido o las centrales térmicas solares, explica.

También hay sistemas que permiten almacenar calor y frío, como tanques de agua (para ambos), almacenamiento de hielo (para el frío), o almacenamiento de energía térmica subterránea en pozos y acuíferos (utilizado en algunos países como forma de depósito estacional, por ejemplo en verano de cara al invierno). Por último, indica Jacobson, existen tanques que permiten el almacenamiento de hidrógeno, indicado por algunos —entre ellos el Gobierno de EEUU— como una de las tecnologías más prometedoras en este ámbito.

¿Cómo se elige entre tantas alternativas? Moth-Poulsen cree que “depende de la aplicación y de la localización geográfica”. Hay países, explica, donde las diferencias de altitud y la alta disponibilidad de agua hacen que las soluciones basadas en la combinación con la energía hidroeléctrica “puedan funcionar de manera muy eficiente”. En otros casos, contrasta, puede ser mejor aplicar soluciones de almacenamiento térmico. “En países como Dinamarca, que tiene muchos desafíos ligados a la calefacción, pero también amplias áreas que tienen instalados sistemas térmicos de distrito, actualmente se están implementando grandes estanques de agua para el almacenamiento estacional”.

Una cuestión económica

Uno de los retos principales para incrementar la presencia de estas tecnologías es el coste, admiten los especialistas consultados. Grupos de investigación como el que lidera Jessika Trancik en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, en inglés) tienen entre sus objetivos principales estudiar cómo la electricidad producida con fuentes renovables puede resultar económicamente competitiva respecto a la generada con fuentes convencionales.

Las centrales de bombeo son una de las alternativas para almacenar electricidad. Crédito: Sirbatch
Las centrales de bombeo son una de las alternativas para almacenar electricidad. Crédito: Sirbatch

“Nuestros resultados sugieren que las tecnologías cuyos costes de almacenamiento energético caigan por debajo de los 20 dólares por kilovatio-hora pueden aplicarse a renovables”, explican Trancik y Micah S. Ziegler, miembro de su laboratorio. Otros límites para la producción de electricidad competitiva en el precio y de calidad a partir de recursos de tecnologías de almacenamiento, agregan, incluyen tanto la “disponibilidad de materiales” como su “escalabilidad productiva a velocidades lo suficientemente rápidas como para soportar un despliegue amplio en un período de tiempo determinado”.

Los especialistas no se atreven a indicar plazos temporales para ver sistemas eléctricos alimentados por energía limpia al cien por cien. Pero sí a marcar un posible camino a seguir. “Electrificar todos los sectores energéticos (calefacción y refrigeración de edificios, industria, vehículos) supone reducir significativamente la demanda de energía, porque usaremos bombas de calor y vehículos eléctricos, que necesitan un cuarto de la energía que requieren sus correspondientes fósiles”, mantiene Jacobson. “De esa manera, será más fácil hacer coincidir la demanda energética con la oferta”.

Redes con inteligencia artificial

También hay propuestas alternativas al almacenamiento energético, como la llamada “respuesta de la demanda”, indican Trancik y Ziegler. Se trata de la creación de redes administradas por algoritmos en las que los usuarios ejercen un papel activo y colectivo para el mantenimiento del equilibrio entre demanda y oferta, porque pueden reducir su consumo en un momento puntual si el sistema lo requiere. La agregación de muchos de ellos a la vez permite el ahorro de grandes cantidades de energía.

BBVA-OpenMind-Rodella-Yanes-malabarismos energeticos_3 Electrificar todos los sectores energéticos (calefacción y refrigeración de edificios, industria, vehículos), permitirá reducir la demanda de energía. Crédito: Juantiagues
Electrificar todos los sectores energéticos (calefacción y refrigeración de edificios, industria, vehículos), permitirá reducir la demanda de energía. Crédito: Juantiagues

Programas basados en esta idea llevan décadas de recorrido en algunos países como EEUU o Reino Unido, explica Manuel Alcázar, ingeniero energético de la Universidad Politécnica de Valencia. Pero en casi todos los países de la UE hasta hace pocos años la reglamentación existente impedía su desarrollo. Ahora las normas han cambiado, y la respuesta de la demanda puede despegar también en estas áreas. “Estos programas facilitarían enormemente la integración de las renovables en el sistema”, asegura Alcázar.

Almacenar la energía en casa

Más allá de la oferta actual, innumerables grupos de investigación trabajan en la búsqueda de nuevos sistemas de almacenamiento de energía que puedan suplir las necesidades futuras, a medida que la transición energética hacia las renovables gana terreno. Una de las opciones más extendidas es el enfriamiento radiativo, consistente en aprovechar el calor que emiten de noche las superficies calentadas durante el día. Parece un principio sencillo, pero la complicación estriba en producir electricidad a partir de este calor con un rendimiento suficiente. Algunas propuestas combinan el enfriamiento radiativo con la generación termoeléctrica para conseguir la producción de electricidad en horario nocturno sin consumo de energía. Sin embargo, aún será necesario perfeccionar estos sistemas para aumentar su rendimiento, que actualmente está limitado a unos 100 milivatios por metro cuadrado de panel.Otra vía explorada por los investigadores es la fotosíntesis artificial: las plantas y otros organismos utilizan la energía solar para capturar el CO2 del aire y reciclar su carbono en forma de compuestos orgánicos que les sirven como combustible, liberando oxígeno como producto de desecho. Imitar a las plantas es una vieja aspiración del ser humano para obtener una fuente de energía inagotable que elimine CO2 de la atmósfera y lo reemplace por oxígeno. El reto en este caso es encontrar un catalizador apropiado que sustituya a la clorofila de las plantas; la fotosíntesis natural es más ineficiente que nuestros paneles solares, y se necesita además que el catalizador dirija la reacción para obtener el combustible deseado y no contaminante, idealmente hidrógeno como producto final.

BBVA-OpenMind-Rodella-Yanes-malabarismos energeticos_4 Con la fotosíntesis artificial se podría obtener una fuente de energía inagotable que elimine CO2 de la atmósfera y lo reemplace por oxígeno. Crédito: Julian Melchiorri
Con la fotosíntesis artificial se podría obtener una fuente de energía inagotable que elimine CO2 de la atmósfera y lo reemplace por oxígeno. Crédito: Julian Melchiorri

Con respecto a estas innovaciones, cabe señalar que muchas de ellas se basan en la idea de que sean las instalaciones de los propios usuarios, y no las compañías suministradoras, las que almacenen la energía de las fuentes renovables para su uso cuando no haya generación. Es un cambio de enfoque que requerirá la adaptación de las instalaciones y la implantación de sistemas inteligentes de gestión de la energía de forma autónoma, además de los marcos reguladores que lo permitan. Lograr la independencia energética de las redes de distribución aún es un objetivo lejano, pero no pocos expertos auguran que las centrales de energía del futuro serán nuestros propios hogares

 

Fancesco Rodella

@francrodella

Nota del editor: artículo actualizado el 23 de septiembre por Javier Yanes

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