Almacenamiento de energía de la red

El "almacenamiento en cuadrícula" vuelve a dirigir aquí. Para el almacenamiento de datos con computación en cuadrícula , consulte Almacenamiento orientado a cuadrícula .

Red eléctrica simplificada con almacenamiento de energía.

Flujo de energía de la red simplificado con y sin almacenamiento de energía idealizado durante el transcurso de un día.

El almacenamiento de energía de la red (también llamado almacenamiento de energía a gran escala ) es una colección de métodos utilizados para el almacenamiento de energía a gran escala dentro de una red de energía eléctrica . La energía eléctrica se almacena durante los momentos en que la electricidad es abundante y económica (especialmente de plantas de energía intermitentes, como fuentes de electricidad renovables como la energía eólica , la energía mareomotriz , la energía solar ) o cuando la demanda es baja, y luego se devuelve a la red cuando la demanda es alta. y los precios de la electricidad tienden a ser más altos.

A partir de 2017 ^[actualizar], la forma más grande de almacenamiento de energía en la red es la hidroelectricidad con represas , tanto con generación hidroeléctrica convencional como con almacenamiento por bombeo .

Los desarrollos en el almacenamiento de baterías han permitido que los proyectos comercialmente viables almacenen energía durante el pico de producción y la liberación durante el pico de demanda, y para su uso cuando la producción cae inesperadamente, dando tiempo para que los recursos de respuesta más lenta se pongan en línea.

Dos alternativas al almacenamiento en la red son el uso de plantas de energía pico para llenar los vacíos de suministro y la respuesta de la demanda para cambiar la carga a otros tiempos.

Beneficios

Cualquier red de energía eléctrica debe hacer coincidir la producción de electricidad con el consumo, los cuales varían drásticamente con el tiempo. Cualquier combinación de almacenamiento de energía y respuesta a la demanda tiene estas ventajas:

• Las plantas de energía a base de combustible (es decir, carbón, petróleo, gas, nuclear) se pueden operar de manera más eficiente y fácil a niveles de producción constantes.
• La electricidad generada por fuentes intermitentes se puede almacenar y utilizar más tarde, mientras que de lo contrario tendría que transmitirse para su venta en otro lugar o cerrarse.
• La capacidad máxima de generación o transmisión se puede reducir por el potencial total de todo el almacenamiento más las cargas diferibles (consulte la gestión del lado de la demanda ), lo que ahorra el gasto de esta capacidad.
• Precios más estables: el costo del almacenamiento o la gestión de la demanda se incluye en el precio, por lo que hay menos variación en las tarifas de energía que se cobran a los clientes, o alternativamente (si las tarifas se mantienen estables por ley) menos pérdidas para la empresa de servicios públicos debido a las costosas ventas al por mayor en horas pico. tarifas eléctricas cuando la demanda máxima debe ser satisfecha por energía mayorista importada
• preparación para emergencias: las necesidades vitales se pueden satisfacer de manera confiable incluso sin transmisión o generación en curso, mientras que las necesidades no esenciales se aplazan

La energía derivada de fuentes solares, mareomotrices y eólicas varía inherentemente: la cantidad de electricidad producida varía con la hora del día, la fase lunar, la estación y factores aleatorios como el clima. Por lo tanto, las energías renovables en ausencia de almacenamiento presentan desafíos especiales para las empresas eléctricas. Si bien conectar muchas fuentes de viento separadas puede reducir la variabilidad general, la energía solar no está disponible de manera confiable durante la noche y la energía de las mareas cambia con la luna, por lo que las mareas bajas ocurren cuatro veces al día.

La medida en que esto afecta a una utilidad determinada varía significativamente. En un pico de servicios públicos de verano , generalmente se puede absorber más energía solar y adaptarla a la demanda. En los picos de servicios públicos de invierno , en menor grado, el viento se correlaciona con la demanda de calefacción y se puede utilizar para satisfacer esa demanda. Dependiendo de estos factores, más allá de aproximadamente el 20-40% de la generación total, las fuentes intermitentes conectadas a la red , como la energía solar y las turbinas eólicas, tienden a requerir inversiones en interconexiones a la red, almacenamiento de energía en la red o gestión del lado de la demanda.

En una red eléctrica sin almacenamiento de energía, la generación que depende de la energía almacenada en combustibles (carbón, biomasa, gas natural, nuclear) debe ampliarse y reducirse para que coincida con el aumento y la caída de la producción eléctrica a partir de fuentes intermitentes (consulte la carga siguiente a la central eléctrica). ). Si bien las plantas hidroeléctricas y de gas natural se pueden ampliar o reducir rápidamente para seguir el viento, las centrales nucleares y de carbón necesitan un tiempo considerable para responder a la carga. Por lo tanto, las empresas de servicios públicos con menos generación de gas natural o hidroeléctrica dependen más de la gestión de la demanda, las interconexiones de red o el costoso almacenamiento por bombeo.

La consultora francesa Yole Développement estima que el mercado del "almacenamiento estacionario" podría ser una oportunidad de $ 13.5 mil millones para 2023, en comparación con menos de $ 1 mil millones en 2015. ^[1]

Gestión del lado de la demanda y almacenamiento en red

Sentido de las unidades y la escala para la producción y el consumo de energía eléctrica.

El lado de la demanda también puede almacenar electricidad de la red, por ejemplo, la carga de un vehículo eléctrico de batería almacena energía para un vehículo y los calentadores de almacenamiento , el almacenamiento de calefacción de distrito o el almacenamiento de hielo proporcionan almacenamiento térmico para edificios. ^[2] En la actualidad, este almacenamiento solo sirve para desplazar el consumo a las horas de menor actividad del día, no se devuelve electricidad a la red.

La necesidad de almacenamiento en la red para proporcionar energía pico se reduce por el precio del tiempo de uso del lado de la demanda , uno de los beneficios de los medidores inteligentes . En el ámbito doméstico, los consumidores pueden elegir horas de menor actividad económica para lavar y secar la ropa, utilizar lavavajillas, ducharse y cocinar. Además, los usuarios comerciales e industriales aprovecharán los ahorros de costos al aplazar algunos procesos a horas de menor actividad.

Los impactos regionales de la operación impredecible de la energía eólica han creado una nueva necesidad de respuesta interactiva a la demanda , donde la empresa de servicios públicos se comunica con la demanda. Históricamente, esto solo se hacía en cooperación con grandes consumidores industriales, pero ahora se puede expandir a redes enteras. ^[3] Por ejemplo, algunos proyectos a gran escala en Europa vinculan las variaciones en la energía eólica para cambiar las cargas de los congeladores de alimentos industriales, lo que provoca pequeñas variaciones de temperatura. Si se comunican a escala de toda la red, pequeños cambios en las temperaturas de calefacción / refrigeración cambiarían instantáneamente el consumo en toda la red.

Un informe publicado en diciembre de 2013 por el Departamento de Energía de los Estados Unidos describe con más detalle los beneficios potenciales del almacenamiento de energía y las tecnologías del lado de la demanda para la red eléctrica: "La modernización del sistema eléctrico ayudará a la nación a enfrentar el desafío de manejar las necesidades energéticas proyectadas, incluido el abordaje cambio climáticointegrando más energía de fuentes renovables y mejorando la eficiencia de los procesos de energía no renovable. Los avances en la red eléctrica deben mantener un sistema de suministro de electricidad robusto y resistente, y el almacenamiento de energía puede desempeñar un papel importante en el cumplimiento de estos desafíos al mejorar las capacidades operativas de la red, reducir los costos y garantizar una alta confiabilidad, así como diferir y reducir la infraestructura. inversiones. Finalmente, el almacenamiento de energía puede ser fundamental para la preparación para emergencias debido a su capacidad para proporcionar energía de respaldo y servicios de estabilización de la red ". ^[4] El informe fue escrito por un grupo central de desarrolladores que representan a la Oficina de Entrega de Electricidad y Confiabilidad Energética , ARPA- E , Oficina de Ciencias, Oficina de Eficiencia Energética y Energía Renovable , Sandia National Laboratories y Pacific Northwest National Laboratory ; todos ellos están comprometidos con el desarrollo del almacenamiento de energía en la red. ^[4]

Almacenamiento de energía para aplicaciones de red

Los activos de almacenamiento de energía son un activo valioso para la red eléctrica . ^[5] Pueden proporcionar beneficios y servicios tales como gestión de carga , calidad de la energía y suministro de energía ininterrumpida para aumentar la eficiencia y la seguridad del suministro. Esto se vuelve cada vez más importante con respecto a la transición energética y la necesidad de un sistema energético más eficiente y sostenible.

Numerosas tecnologías de almacenamiento de energía ( central hidroeléctrica reversible , la batería eléctrica , batería de flujo , de almacenamiento de energía del volante , supercondensador etc.) son adecuados para aplicaciones a escala de red, sin embargo, sus características difieren. Por ejemplo, una estación hidroeléctrica de bombeo es muy adecuada para aplicaciones de gestión de carga a granel debido a sus grandes capacidades y capacidades de potencia. Sin embargo, las ubicaciones adecuadas son limitadas y su utilidad se desvanece cuando se trata de problemas de calidad de energía localizados . Por otro lado, los volantes y los condensadores son más efectivos para mantener la calidad de la energía.pero carecen de capacidad de almacenamiento para usarse en aplicaciones más grandes. Estas restricciones son una limitación natural a la aplicabilidad del almacenamiento.

Varios estudios han desarrollado interés e investigado la idoneidad o selección del almacenamiento de energía óptimo para determinadas aplicaciones. Las encuestas de literatura comprenden la información disponible del estado de la técnica y comparan los usos del almacenamiento en función de los proyectos actuales existentes. ^{[6] [7]} Otros estudios dan un paso más en la evaluación del almacenamiento de energía entre sí y clasifican su aptitud en función de un análisis de decisiones de criterios múltiples . ^{[8] [9]} Otro artículo propuso un esquema de evaluación mediante la investigación y el modelado del almacenamiento como circuitos equivalentes. ^{[10] [11]} También se ha sugerido un enfoque de indexación en algunos estudios, pero aún se encuentra en las etapas novedosas. ^[12]Para obtener un mayor potencial económico de los sistemas de almacenamiento de energía conectados a la red, es interesante considerar una cartera con varios servicios para una o más aplicaciones para un sistema de almacenamiento de energía. Al hacerlo, se pueden lograr varios flujos de ingresos con un solo almacenamiento y, por lo tanto, también se aumenta el grado de utilización. ^[13] Para mencionar dos ejemplos, en ^[14] se examina una combinación de respuesta de frecuencia y servicios de reserva, ^[14] mientras que se considera la reducción de picos de carga junto con el suavizado de potencia. ^[15]

Formularios

Aire

Aire comprimido

Artículo principal: almacenamiento de energía de aire comprimido

Un método de almacenamiento de energía de la red consiste en utilizar electricidad generada de forma renovable o fuera de las horas pico para comprimir el aire , que generalmente se almacena en una mina antigua o en algún otro tipo de característica geológica. Cuando la demanda de electricidad es alta, el aire comprimido se calienta con una pequeña cantidad de gas natural y luego pasa por turboexpansores para generar electricidad. ^[dieciséis]

El almacenamiento de aire comprimido suele tener una eficiencia de entre un 60 y un 90%. ^[17]

Aire líquido

Artículos principales: Aire líquido y almacenamiento de energía criogénica.

Otro método de almacenamiento de electricidad es comprimir y enfriar el aire, convirtiéndolo en aire líquido, ^[18] que se puede almacenar y expandir cuando sea necesario, haciendo girar una turbina, generando electricidad, con una eficiencia de almacenamiento de hasta el 70%. ^[19]

Se está construyendo una planta comercial de almacenamiento de energía por aire líquido en el norte de Inglaterra, ^{[20] [21] [22] [23]} y la operación comercial está prevista para 2022. ^[24] La capacidad de almacenamiento de energía de 250 MWh de la planta será casi el doble de la capacidad de la batería de iones de litio más grande del mundo, Hornsdale Power Reserve en Australia del Sur. ^[25]

Baterías

Artículo principal: Central eléctrica de almacenamiento de batería

Una planta de luz de corriente continua de 900 vatios que utiliza 16 celdas de batería de plomo-ácido separadas (32 voltios). ^[26]

El almacenamiento de baterías se utilizó en los primeros días de la energía eléctrica de corriente continua. Donde la energía de la red de CA no estaba fácilmente disponible, las plantas de iluminación aisladas operadas por turbinas eólicas o motores de combustión interna proporcionaban iluminación y energía a los motores pequeños. El sistema de batería se puede utilizar para hacer funcionar la carga sin arrancar el motor o cuando el viento está en calma. Un banco de baterías de plomo-ácido en frascos de vidrio suministraba energía para iluminar lámparas y para arrancar un motor para recargar las baterías. La tecnología de almacenamiento de baterías suele tener una eficiencia de entre el 80% y más del 90% para los dispositivos de iones de litio más nuevos. ^{[27] [28]}

Se han utilizado sistemas de baterías conectados a grandes convertidores de estado sólido para estabilizar las redes de distribución de energía. Algunas baterías de la red están ubicadas junto con plantas de energía renovable, ya sea para suavizar la energía suministrada por la producción eólica o solar intermitente, o para cambiar la producción de energía a otras horas del día cuando la planta renovable no puede producir energía directamente (consulte los ejemplos de instalación). ). Estos sistemas híbridos (generación y almacenamiento) pueden aliviar la presión sobre la red al conectar fuentes renovables o usarse para alcanzar la autosuficiencia y trabajar "fuera de la red" (ver Sistema de energía autónomo ).

A diferencia de las aplicaciones de vehículos eléctricos, las baterías para almacenamiento estacionario no sufren limitaciones de masa o volumen. Sin embargo, debido a las grandes cantidades de energía y potencia implicadas, el coste por potencia o unidad de energía es crucial. Las métricas relevantes para evaluar el interés de una tecnología para el almacenamiento a escala de red son $ / Wh (o $ / W) en lugar de Wh / kg (o W / kg). El almacenamiento de la red electroquímica fue posible gracias al desarrollo del vehículo eléctrico, que indujo una rápida disminución en los costos de producción de baterías por debajo de $ 300 / kWh. Al optimizar la cadena de producción, las principales industrias tienen como objetivo alcanzar los $ 150 / kWh para fines de 2020. Estas baterías se basan en una batería de iones de litio.tecnología, que es adecuada para aplicaciones móviles (alto costo, alta densidad). Las tecnologías optimizadas para la red deben centrarse en el bajo costo y la baja densidad.

Tecnologías de batería orientadas a la red

Las baterías de iones de sodio son una alternativa económica y sostenible a las de iones de litio, porque el sodio es mucho más abundante y más barato que el litio, pero tiene una densidad de potencia más baja. Sin embargo, todavía se encuentran en las primeras etapas de su desarrollo.

Las tecnologías orientadas a la automoción se basan en electrodos sólidos, que presentan una alta densidad de energía pero requieren un proceso de fabricación costoso. Los electrodos líquidos representan una alternativa más barata y menos densa ya que no necesitan ningún procesamiento.

Baterías de sal fundida

Estas baterías están compuestas por dos aleaciones de metal fundido separadas por un electrolito. Son simples de fabricar pero requieren una temperatura de varios cientos de grados Celsius para mantener las aleaciones en estado líquido. Esta tecnología incluye ZEBRA , baterías de sodio-azufre y metal líquido . ^{[29] Las} baterías de azufre sódico se utilizan para el almacenamiento en red en Japón y Estados Unidos. ^[30] El electrolito está compuesto de alúmina beta sólida. La batería de metal líquido, desarrollada por el grupo de Pr. Donald Sadoway , utiliza aleaciones fundidas de magnesio y antimonio separadas por una sal fundida eléctricamente aislante. Todavía se encuentra en la fase de creación de prototipos. ^[31]

Baterías de flujo

En las baterías de flujo recargables , los electrodos líquidos están compuestos de metales de transición en agua a temperatura ambiente. Se pueden utilizar como medio de almacenamiento de respuesta rápida. ^{[32] Las} baterías redox de vanadio son un tipo de batería de flujo. ^[33] Varias baterías de flujo están instaladas en diferentes sitios, incluidos; Parque eólico Huxley Hill (Australia), Tomari Wind Hills en Hokkaidō (Japón), así como en aplicaciones de parques no eólicos. Se iba a instalar una batería de flujo de 12 MW · h en el parque eólico de Sorne Hill ( Irlanda ). ^[34]Estos sistemas de almacenamiento están diseñados para suavizar las fluctuaciones transitorias del viento. Se ha propuesto el uso de bromuro de hidrógeno en una batería de tipo de flujo a escala de servicio público. ^[35]

Ejemplos

En Puerto Rico, un sistema ^{[ se necesita más explicación ]} con una capacidad de 20 megavatios por 15 minutos (5 megavatios hora) estabiliza la frecuencia de la energía eléctrica producida en la isla. Un banco de baterías de níquel-cadmio de 27 megavatios y 15 minutos (6,75 megavatios hora) se instaló en Fairbanks Alaska en 2003 para estabilizar el voltaje al final de una larga línea de transmisión. ^[36]

En 2014, Southern California Edison encargó el Proyecto de almacenamiento de energía de Tehachapi . ^[37]

En 2016 se propuso una batería de iones de zinc para su uso en aplicaciones de almacenamiento en red. ^[38]

En 2017, la Comisión de Servicios Públicos de California instaló 396 pilas de baterías Tesla del tamaño de un refrigerador en la subestación Mira Loma en Ontario, California . Las pilas se despliegan en dos módulos de 10 MW cada uno (20 MW en total), cada uno capaz de funcionar durante 4 horas, sumando así hasta 80 MWh de almacenamiento. La matriz es capaz de suministrar energía a 15.000 hogares durante más de cuatro horas. ^[39]

BYD propone utilizar tecnologías de baterías de consumo convencionales, como la batería de fosfato de hierro y litio (LiFePO4) , conectando muchas baterías en paralelo.

Las baterías de almacenamiento de red más grandes de los Estados Unidos incluyen la batería de 31,5 MW en la planta de Grand Ridge Power en Illinois y la batería de 31,5 MW en Beech Ridge, West Virginia. ^[40] Dos baterías en construcción en 2015 incluyen el proyecto Edison del Sur de California de 400 MWh (100 MW por 4 horas) y el proyecto de 52 MWh en Kauai, Hawái para cambiar por completo la producción de una granja solar de 13 MW a la noche. ^[41] Hay dos baterías en Fairbanks, Alaska (40 MW durante 7 minutos con pilas de Ni-Cd ), ^[42] y en Notrees, Texas (36 MW durante 40 minutos con baterías de plomo-ácido ). ^{[43] [44]}En Lünen , Alemania, se está construyendo una batería de 13 MWh fabricada con baterías usadas de los coches eléctricos inteligentes de Daimler , con una segunda vida útil prevista de 10 años. ^[45]

En 2015, se instaló un almacenamiento de batería de 221 MW en los EE. UU., Y se espera que la capacidad total alcance los 1,7 GW en 2020. ^[46]

El Reino Unido tenía una batería de red de iones de litio de 50 MW instalada en Hertfordshire en 2018. ^[47]

En noviembre de 2017, Tesla instaló un sistema de baterías de 100 MW y 129 MWh en Australia del Sur. ^[48] El Operador del Mercado de Energía de Australia declaró que esto "es rápido y preciso, en comparación con el servicio que normalmente proporciona una unidad de generación síncrona convencional". ^{[49] [50]}

Comparación de tecnología para aplicaciones de nivel de red

Tecnología	Partes móviles	Operación a temperatura ambiente	Inflamable	Materiales tóxicos	En producción	Metales raros
Flujo de vanadio [51]	sí	sí	No	sí	sí	No
Metal liquido	No	No	sí	No	No	No
Iones de sodio	No	No	sí	No	No	No
Plomo-ácido [52]	No	sí	No	sí	sí	No
Baterías de sodio-azufre	No	No	sí	No	sí	No
Ni-Cd	No	sí	No	sí	sí	sí
Un leon	No	sí	No	No	No	No
Li-ion	No	sí	sí	No	sí	No

Vehículos eléctricos

Artículos principales: Vehículo eléctrico y Vehículo a red.

Nissan Leaf , el automóvil eléctrico apto para autopistas más vendido del mundo a partir de 2015

Las empresas están investigando el posible uso de vehículos eléctricos para satisfacer los picos de demanda. Un vehículo eléctrico estacionado y enchufado podría vender la electricidad de la batería durante las cargas máximas y cargarse durante la noche (en casa) o fuera de las horas punta. ^[53]

Los coches eléctricos o híbridos enchufables podrían utilizarse ^{[54] [55] [56]} por sus capacidades de almacenamiento de energía. Se puede emplear tecnología de vehículo a red , convirtiendo cada vehículo con su paquete de baterías de 20 a 50 kWh en un dispositivo de equilibrio de carga distribuido o una fuente de energía de emergencia. Esto representa de dos a cinco días por vehículo de necesidades domésticas promedio de 10 kWh por día, asumiendo un consumo anual de 3.650 kWh. Esta cantidad de energía equivale a entre 60 y 480 kilómetros (40 y 300 millas) de alcance en vehículos que consumen de 0,1 a 0,3 kilovatios-hora por kilómetro (0,16 a 0,5 kWh / mi). Estas cifras se pueden lograr incluso en conversiones de vehículos eléctricos hechos en casa.. Algunas empresas eléctricas planean usar baterías viejas de vehículos enchufables (que a veces resultan en una batería gigante) para almacenar electricidad ^{[57] [58]} Sin embargo, una gran desventaja de usar el vehículo para almacenar energía en la red sería si cada ciclo de almacenamiento estresara la batería. con un ciclo completo de carga-descarga. ^[54] Sin embargo, un estudio importante mostró que, si se usa de manera inteligente, el almacenamiento entre el vehículo y la red en realidad mejoraba la vida útil de las baterías. ^{[59] Las} baterías de iones de litio convencionales (basadas en cobalto) se descomponen con el número de ciclos; las baterías de iones de litio más nuevas no se descomponen significativamente con cada ciclo y, por lo tanto, tienen una vida útil mucho más prolongada. Un enfoque consiste en reutilizar baterías de vehículos no fiables en un almacenamiento de red dedicado ^[60]ya que se espera que sean buenos en esta función durante diez años. ^[61] Si dicho almacenamiento se realiza a gran escala, resulta mucho más fácil garantizar el reemplazo de la batería de un vehículo degradada en el uso móvil, ya que la batería vieja tiene valor y uso inmediato.

Volante

Artículos principales: sistema de energía de almacenamiento del volante y almacenamiento de energía del volante

Volante de inercia G2 de la NASA

La inercia mecánica es la base de este método de almacenamiento. Cuando la energía eléctrica fluye hacia el dispositivo, un motor eléctrico acelera un disco giratorio pesado. El motor actúa como un generador cuando se invierte el flujo de energía, ralentizando el disco y produciendo electricidad. La electricidad se almacena como energía cinética del disco. La fricción debe mantenerse al mínimo para prolongar el tiempo de almacenamiento. Esto a menudo se logra colocando el volante en el vacío y usando cojinetes magnéticos , lo que tiende a encarecer el método. Mayores velocidades del volante permiten una mayor capacidad de almacenamiento pero requieren materiales fuertes como acero o materiales compuestos para resistir las fuerzas centrífugas. Sin embargo, los rangos de tecnología de almacenamiento de energía y energía que hacen que este método sea económico tienden a hacer que los volantes de inercia no sean adecuados para aplicaciones generales de sistemas de energía; probablemente sean los más adecuados para aplicaciones de nivelación de carga en sistemas de energía ferroviaria y para mejorar la calidad de la energía en sistemas de energía renovable como el sistema de 20MW en Irlanda. ^{[62] [63]}

Las aplicaciones que utilizan almacenamiento en volante son aquellas que requieren ráfagas de potencia muy altas durante períodos muy cortos, como tokamak ^[64] y experimentos con láser en los que un motor generador se hace girar hasta la velocidad de funcionamiento y se ralentiza parcialmente durante la descarga.

El almacenamiento por volante también se utiliza actualmente en forma de fuente de alimentación ininterrumpida giratoria diésel para proporcionar sistemas de alimentación ininterrumpida (como los de los grandes centros de datos ) para la energía de conducción necesaria durante la transferencia ^[65]  , es decir, la cantidad relativamente breve de tiempo entre una pérdida de energía de la red y el calentamiento de una fuente alternativa, como un generador diesel .

Esta solución potencial ha sido implementada por EDA ^{[66] [se necesita una mejor fuente ]} en las Azores en las islas de Graciosa y Flores . Este sistema utiliza un volante de inercia de 18 megavatios por segundo para mejorar la calidad de la energía y así permitir un mayor uso de energía renovable. Como sugiere la descripción, estos sistemas están nuevamente diseñados para suavizar las fluctuaciones transitorias en el suministro y nunca podrían usarse para hacer frente a una interrupción que exceda un par de días.

Powercorp en Australia ha estado desarrollando aplicaciones utilizando turbinas eólicas, volantes y tecnología diesel de baja carga (LLD) para maximizar la entrada de viento a las redes pequeñas. Un sistema instalado en Coral Bay, Australia Occidental, utiliza turbinas eólicas junto con un sistema de control basado en volante y LLD. La tecnología del volante permite que las turbinas eólicas suministren hasta el 95 por ciento del suministro de energía de Coral Bay en ocasiones, con una penetración del viento anual total del 45 por ciento. ^[67]

Hidrógeno

Artículos principales: economía de hidrógeno y almacenamiento de hidrógeno

El hidrógeno se está desarrollando como medio de almacenamiento de energía eléctrica. ^{[54] [68]} El hidrógeno se produce, luego se comprime o licúa, se almacena criogénicamente a -252.882 ° C y luego se convierte nuevamente en energía eléctrica o calor. El hidrógeno se puede utilizar como combustible para la generación de energía portátil (vehículos) o estacionaria. En comparación con el almacenamiento de agua bombeada y las baterías, el hidrógeno tiene la ventaja de que es un combustible de alta densidad energética. ^[68]

El hidrógeno se puede producir reformando el gas natural con vapor o mediante la electrólisis del agua en hidrógeno y oxígeno (ver producción de hidrógeno ). La reforma del gas natural produce dióxido de carbono como subproducto. La electrólisis a alta temperatura y la electrólisis a alta presión son dos técnicas mediante las cuales se puede aumentar la eficiencia de la producción de hidrógeno. Luego, el hidrógeno se convierte nuevamente en electricidad en un motor de combustión interna o una celda de combustible .

Se ha demostrado que la eficiencia de CA a CA del almacenamiento de hidrógeno es del orden del 20 al 45%, lo que impone limitaciones económicas. ^{[68] [69]} La relación de precios entre la compra y la venta de electricidad debe ser al menos proporcional a la eficiencia para que el sistema sea económico. Las celdas de combustible de hidrógeno pueden responder con la suficiente rapidez para corregir fluctuaciones rápidas en la demanda o el suministro de electricidad y regular la frecuencia. Si el hidrógeno puede utilizar la infraestructura de gas natural depende de los materiales de construcción de la red, los estándares en las juntas y la presión de almacenamiento. ^[70]

El equipo necesario para el almacenamiento de energía de hidrógeno incluye una planta de electrólisis, compresores o licuadoras de hidrógeno y tanques de almacenamiento.

El biohidrógeno es un proceso que se está investigando para producir hidrógeno utilizando biomasa.

La micro combinación de calor y energía (microCHP) puede utilizar hidrógeno como combustible.

Algunas plantas de energía nuclear pueden beneficiarse de una simbiosis con la producción de hidrógeno. Los reactores nucleares de generación IV refrigerados por gas de alta temperatura (950 a 1000 ° C) tienen el potencial de electrolizar hidrógeno del agua por medios termoquímicos utilizando calor nuclear como en el ciclo azufre-yodo . Los primeros reactores comerciales se esperan en 2030.

En 2007 se inició un programa piloto comunitario que utiliza turbinas eólicas y generadores de hidrógeno en la comunidad remota de Ramea, Terranova y Labrador . ^[71] Desde 2004 se está llevando a cabo un proyecto similar en Utsira , un pequeño municipio insular de Noruega.

Almacenamiento de hidrógeno subterráneo

El almacenamiento subterráneo de hidrógeno es la práctica del almacenamiento de hidrógeno en cavernas , domos de sal y campos de petróleo y gas agotados. ^{[54] [72]} Grandes cantidades de hidrógeno gaseoso han sido almacenadas en cavernas por Imperial Chemical Industries (ICI) durante muchos años sin ninguna dificultad. ^[73] El proyecto europeo Hyunder ^[74] indicó en 2013 que para el almacenamiento de energía eólica y solar se necesitan 85 cavernas adicionales, ya que no pueden ser cubiertas por los sistemas PHES y CAES . ^[75]

Poder de gas

Power to gas es una tecnología que convierte la energía eléctrica en un combustible gaseoso . Hay 2 métodos, el primero es utilizar la electricidad para dividir el agua e inyectar el hidrógeno resultante en la red de gas natural. El segundo método menos eficiente se utiliza para convertir el dióxido de carbono y el agua en metano (ver gas natural ) mediante la electrólisis y la reacción de Sabatier . El exceso de potencia o la potencia de pico generada por generadores eólicos o paneles solares se utiliza para equilibrar la carga en la red de energía. Usando el sistema de gas natural existente para hidrógeno, el fabricante de celdas de combustible Hydrogenicsy el distribuidor de gas natural Enbridge se han asociado para desarrollar un sistema de energía a gas de este tipo en Canadá. ^[69]

Almacenamiento de hidrógeno por tubería donde se utiliza una red de gas natural para el almacenamiento de hidrógeno. Antes de cambiar al gas natural , las redes de gas alemanas se operaban utilizando towngas , que en su mayor parte consistían en hidrógeno. La capacidad de almacenamiento de la red de gas natural alemana es de más de 200.000 GW · h, que es suficiente para varios meses de necesidades energéticas. En comparación, la capacidad de todas las centrales eléctricas de almacenamiento por bombeo alemanas asciende a sólo unos 40 GW · h. El transporte de energía a través de una red de gas se realiza con mucha menos pérdida (<0,1%) que en una red eléctrica (8%) ^{[ aclaración necesaria ]} . El uso de los gasoductos de gas natural existentes para el hidrógeno fue estudiado por NaturalHy ^[76]

El concepto de energía a amoníaco

El concepto de energía a amoníaco ofrece una ruta de almacenamiento de energía libre de carbono con una paleta de aplicaciones diversificada. En ocasiones, cuando hay un excedente de energía baja en carbono , se puede utilizar para crear combustible de amoníaco. El amoníaco se puede producir al dividir el agua en hidrógeno y oxígeno con electricidad, luego se usan altas temperaturas y presión para combinar el nitrógeno del aire con el hidrógeno, creando amoníaco. Como líquido, es similar al propano, a diferencia del hidrógeno solo, que es difícil de almacenar como gas a presión o de licuar criogénicamente y almacenar a -253 ° C.

Al igual que el gas natural, el amoníaco almacenado se puede utilizar como combustible térmico para el transporte y la generación de electricidad o en una pila de combustible. ^[77] Un tanque estándar de 60.000 m³ de amoníaco líquido contiene aproximadamente 211 GWh de energía, equivalente a la producción anual de aproximadamente 30 turbinas eólicas. El amoniaco se puede quemar de forma limpia: se liberan agua y nitrógeno, pero no CO ₂ y escasos o nulos óxidos de nitrógeno. El amoníaco tiene múltiples usosademás de ser un portador de energía, es la base para la producción de muchos químicos, el uso más común es para fertilizantes. Dada esta flexibilidad de uso, y dado que la infraestructura para el transporte, distribución y uso seguros del amoníaco ya está en su lugar, hace que el amoníaco sea un buen candidato para ser un portador de energía a gran escala, sin carbono, del futuro.

Hidroelectricidad

Agua bombeada

Artículo principal: Hidroelectricidad de almacenamiento por bombeo

Presa de la planta hidroeléctrica de almacenamiento por bombeo Mingtan en Nantou , Taiwán

En 2008, la capacidad mundial de generación de almacenamiento por bombeo era de 104 GW , ^[78] mientras que otras fuentes afirman 127 GW, que comprende la gran mayoría de todos los tipos de almacenamiento eléctrico de la red; todos los demás tipos combinados son algunos cientos de MW. ^[79]

En muchos lugares, la energía hidroeléctrica de almacenamiento por bombeo se utiliza para nivelar la carga de generación diaria, bombeando agua a un depósito de almacenamiento alto durante las horas de menor actividad y los fines de semana, utilizando el exceso de capacidad de carga base de fuentes de carbón o nucleares. Durante las horas pico, esta agua se puede utilizar para la generación hidroeléctrica , a menudo como una reserva de respuesta rápida de alto valor para cubrir picos transitorios de demanda. El almacenamiento por bombeo recupera alrededor del 70% al 85% de la energía consumida y actualmente es la forma más rentable de almacenamiento masivo de energía. ^[80] El principal problema con el almacenamiento por bombeo es que generalmente requiere dos depósitos cercanos a alturas considerablemente diferentes y, a menudo, requiere un gasto de capital considerable. ^[81]

Los sistemas de agua bombeada tienen alta capacidad de despacho , lo que significa que pueden conectarse muy rápidamente, normalmente en 15 segundos, ^{[82] lo} que hace que estos sistemas sean muy eficientes para absorber la variabilidad en la demanda eléctrica de los consumidores. Hay más de 90 GW de almacenamiento por bombeo en funcionamiento en todo el mundo, lo que representa aproximadamente el 3% de la capacidad de generación global instantánea . Los sistemas de almacenamiento de agua bombeada , como el sistema de almacenamiento Dinorwig en Gran Bretaña, tienen cinco o seis horas de capacidad de generación, ^[82] y se utilizan para suavizar las variaciones de la demanda.

Otro ejemplo es la planta hidroeléctrica de almacenamiento por bombeo Tianhuangping de 1836 MW en China, que tiene una capacidad de depósito de ocho millones de metros cúbicos (2.100 millones de galones estadounidenses o el volumen de agua sobre las Cataratas del Niágara en 25 minutos) con una distancia vertical de 600 m ( 1970 pies). El depósito puede proporcionar aproximadamente 13 GW · h de energía potencial gravitacional almacenada (convertible en electricidad con una eficiencia de aproximadamente el 80%), o aproximadamente el 2% del consumo eléctrico diario de China. ^[83]

Un nuevo concepto de almacenamiento por bombeo es la utilización de energía eólica o solar para bombear agua. Las turbinas eólicas o células solares que impulsión directa bombas de agua para un almacenamiento de energía eólica o solar presa puede hacer de este un proceso más eficiente, pero son limitados. Dichos sistemas solo pueden aumentar el volumen cinético de agua durante los períodos de viento y luz del día.

Represas hidroeléctricas

Represa hidroeléctrica Fetsui en New Taipei , Taiwán .

Las represas hidroeléctricas con grandes embalses también pueden funcionar para proporcionar la generación máxima en los momentos de máxima demanda. El agua se almacena en el depósito durante los períodos de baja demanda y se libera a través de la planta cuando la demanda es mayor. El efecto neto es el mismo que el del almacenamiento por bombeo, pero sin la pérdida por bombeo. Dependiendo de la capacidad del depósito, la planta puede proporcionar seguimiento de carga diaria, semanal o estacional.

Muchas represas hidroeléctricas existentes son bastante antiguas (por ejemplo, la represa Hoover se construyó en la década de 1930) y su diseño original fue anterior a las fuentes de energía intermitentes más nuevas, como la eólica y la solar, por décadas. Una presa hidroeléctrica construida originalmente para proporcionar energía de carga base tendrá sus generadores dimensionados de acuerdo con el flujo promedio de agua hacia el embalse. La mejora de una presa de este tipo con generadores adicionales aumenta su capacidad máxima de producción de energía, aumentando así su capacidad para operar como una unidad virtual de almacenamiento de energía de la red. ^{[84] [85]} La Oficina de Recuperación de Estados Unidos informa de un costo de inversión de 69 dólares por kilovatio de capacidad para mejorar una presa existente, ^[84]en comparación con más de $ 400 por kilovatio para los generadores de picos de petróleo. Si bien una represa hidroeléctrica mejorada no almacena directamente el exceso de energía de otras unidades generadoras, se comporta de manera equivalente al acumular su propio combustible, el agua del río entrante, durante los períodos de alta producción de otras unidades generadoras. Al funcionar como una unidad de almacenamiento de red virtual de esta manera, la presa mejorada es una de las formas más eficientes de almacenamiento de energía, porque no tiene pérdidas de bombeo para llenar su depósito, solo mayores pérdidas por evaporación y fugas.

Una presa que confina un gran embalse puede almacenar y liberar una cantidad correspondientemente grande de energía, controlando el desagüe del río y elevando o bajando el nivel del embalse unos pocos metros. Las limitaciones se aplican a la operación de las presas, sus descargas están comúnmente sujetas a derechos de agua regulados por el gobierno para limitar el efecto corriente abajo en los ríos. Por ejemplo, hay situaciones de la red en las que las centrales térmicas de carga base, las turbinas nucleares o eólicas ya están produciendo un exceso de energía por la noche, aún se requieren presas para liberar suficiente agua para mantener los niveles adecuados de los ríos, ya sea que se genere electricidad o no. Por el contrario, existe un límite para la capacidad máxima, que si es excesiva podría provocar que un río se inunde durante algunas horas cada día. ^[86]

Energía magnética superconductora

Artículo principal: almacenamiento de energía magnética superconductora

Los sistemas de almacenamiento de energía magnética superconductora (SMES) almacenan energía en el campo magnético creado por el flujo de corriente continua en una bobina superconductora que ha sido enfriada criogénicamente a una temperatura por debajo de su temperatura crítica superconductora. Un sistema típico de SMES incluye tres partes: serpentín superconductor, sistema de acondicionamiento de energía y refrigerador enfriado criogénicamente. Una vez que se carga la bobina superconductora, la corriente no decae y la energía magnética se puede almacenar indefinidamente. La energía almacenada se puede devolver a la red descargando la bobina. El sistema de acondicionamiento de energía utiliza un inversor / rectificador para transformar la corriente alterna.(CA) a corriente continua o convierta CC de nuevo a CA. El inversor / rectificador representa aproximadamente un 2-3% de pérdida de energía en cada dirección. Las PYME pierden la menor cantidad de electricidad en el proceso de almacenamiento de energía en comparación con otros métodos de almacenamiento de energía. Los sistemas SMES son muy eficientes; la eficiencia de ida y vuelta es superior al 95%. El alto costo de los superconductores es la principal limitación para el uso comercial de este método de almacenamiento de energía.

Debido a los requisitos energéticos de la refrigeración y los límites en la energía total que se puede almacenar, SMES se utiliza actualmente para el almacenamiento de energía de corta duración. Por lo tanto, las PYMES se dedican más comúnmente a mejorar la calidad de la energía . Si las PYMES se utilizaran para los servicios públicos , sería un dispositivo de almacenamiento diurno , cargado con la energía de carga base por la noche y cumpliendo con las cargas máximas durante el día.

Los desafíos técnicos del almacenamiento de energía magnética superconductora aún no se han resuelto para que sea práctico.

Térmica

Artículo principal: almacenamiento de energía térmica

En Dinamarca, el almacenamiento directo de electricidad se percibe como demasiado caro para un uso a gran escala, aunque se hace un uso significativo de Norwegian Hydro existente. En cambio, el uso de tanques de almacenamiento de agua caliente existentes conectados a esquemas de calefacción urbana, calentados por calderas de electrodos o bombas de calor, se considera un enfoque preferible. A continuación, el calor almacenado se transmite a las viviendas mediante tuberías de calefacción urbana .

La sal fundida se usa para almacenar el calor recolectado por una torre de energía solar para que pueda usarse para generar electricidad con mal tiempo o por la noche. ^[87]

Los sistemas de calefacción y refrigeración del edificio se pueden controlar para almacenar energía térmica en los tanques de almacenamiento térmico dedicados o en masa del edificio. Este almacenamiento térmico puede proporcionar cambios de carga o incluso servicios auxiliares más complejos aumentando el consumo de energía (cargando el almacenamiento) durante las horas de menor actividad y reduciendo el consumo de energía (descargando el almacenamiento) durante las horas de mayor precio. ^[88] Por ejemplo, se puede usar electricidad fuera de las horas pico para hacer hielo a partir del agua, y el hielo se puede almacenar. El hielo almacenado se puede usar para enfriar el aire en un edificio grande que normalmente habría usado CA eléctrica, desplazando así la carga eléctrica a las horas de menor actividad. En otros sistemas, el hielo almacenado se utiliza para enfriar el aire de admisión de una turbina de gas. generador , aumentando así la capacidad de generación en horas pico y la eficiencia en horas pico.

Un sistema de almacenamiento de electricidad por bombeo utiliza un motor de calor / bomba de calor altamente reversible para bombear calor entre dos recipientes de almacenamiento, calentando uno y enfriando el otro. La empresa de ingeniería Isentropic, con sede en el Reino Unido, que está desarrollando el sistema, afirma una eficiencia potencial de ida y vuelta de entrada y salida de electricidad del 72% al 80%. ^[89]

Almacenamiento de energía potencial gravitacional con masas sólidas

Artículo principal: Almacenamiento de energía § Gravitacional de masa sólida

Las alternativas incluyen almacenar energía moviendo grandes masas sólidas hacia arriba contra la gravedad. Esto se puede lograr dentro de los pozos de minas antiguas o en torres especialmente construidas donde se levantan pesos pesados para almacenar energía y se permite un descenso controlado para liberarla. ^[90] En el almacenamiento de energía ferroviaria , los vagones que transportan grandes pesos se mueven hacia arriba o hacia abajo en una sección de vía inclinada, almacenando o liberando energía como resultado; ^[91] En el almacenamiento de energía potencial de un pozo de petróleo en desuso, los pesos se suben o bajan en un pozo de petróleo profundo fuera de servicio.

Economía

El costo nivelado de almacenar electricidad depende en gran medida del tipo y propósito del almacenamiento; como regulación de frecuencia en escala de subsegundos, plantas pico a escala de minutos / horas, o almacenamiento de temporada a escala de día / semana. ^{[92] [93] [94]}

Se dice que el uso del almacenamiento en batería cuesta entre $ 120 ^[95] y $ 170 ^[96] por MWh. Esto se compara con las turbinas de gas de ciclo abierto que, a partir de 2020, tienen un costo de alrededor de $ 151-198 / MWh. ^[97]

En términos generales, el almacenamiento de energía es económico cuando el costo marginal de la electricidad varía más que los costos de almacenar y recuperar la energía más el precio de la energía perdida en el proceso. Por ejemplo, suponga que un depósito de almacenamiento por bombeo puede bombear a su depósito superior un volumen de agua capaz de producir 1200 MW · hdespués de que se tengan en cuenta todas las pérdidas (evaporación y filtración en el depósito, pérdidas de eficiencia, etc.). Si el costo marginal de la electricidad durante las horas de menor actividad es de $ 15 por MW · h, y el embalse opera con una eficiencia del 75% (es decir, se consumen 1600 MW · h y se recuperan 1200 MW · h de energía), entonces el costo total de llenar el depósito es de $ 24.000. Si toda la energía almacenada se vende al día siguiente durante las horas pico por un promedio de $ 40 por MW · h, entonces el embalse obtendrá ingresos de $ 48,000 por día, con una ganancia bruta de $ 24,000.

Sin embargo, el costo marginal de la electricidad varía debido a los diferentes costos operativos y de combustible de las diferentes clases de generadores. ^[98] En un extremo, las centrales eléctricas de carga básica , como las centrales eléctricas de carbón y las centrales nucleares , son generadores de bajo costo marginal, ya que tienen altos costos de capital y mantenimiento, pero bajos costos de combustible. En el otro extremo, las plantas de energía en picos como el gas natural de turbinas de gasLas plantas queman combustibles costosos, pero su construcción, operación y mantenimiento son más baratos. Para minimizar el costo operativo total de la generación de energía, los generadores de carga base se envían la mayor parte del tiempo, mientras que los generadores de potencia pico se envían solo cuando es necesario, generalmente cuando la demanda de energía alcanza su punto máximo. A esto se le llama "despacho económico".

La demanda de electricidad de las diversas redes del mundo varía a lo largo del día y de una temporada a otra. En su mayor parte, la variación en la demanda eléctrica se satisface variando la cantidad de energía eléctrica suministrada por fuentes primarias. Sin embargo, cada vez más, los operadores almacenan energía de menor costo producida por la noche y luego la liberan a la red durante los períodos pico del día, cuando es más valiosa. ^[99] En áreas donde existen represas hidroeléctricas, la liberación puede retrasarse hasta que la demanda sea mayor; esta forma de almacenamiento es común y puede hacer uso de los reservorios existentes. No se trata de almacenar energía "excedente" producida en otros lugares, pero el efecto neto es el mismo, aunque sin las pérdidas de eficiencia. Suministros renovables con producción variable, como el vientoy la energía solar , tienden a aumentar la variación neta en la carga eléctrica, aumentando la oportunidad de almacenamiento de energía en la red.

Puede resultar más económico encontrar un mercado alternativo para la electricidad no utilizada, en lugar de intentar almacenarla. La corriente continua de alto voltaje permite la transmisión de electricidad, perdiendo solo el 3% por cada 1000 km.

La base de datos internacional de almacenamiento de energía del Departamento de Energía de los Estados Unidos proporciona una lista gratuita de proyectos de almacenamiento de energía en la red, muchos de los cuales muestran fuentes y montos de financiamiento. ^[100]

Nivelación de carga

La demanda de electricidad de los consumidores y la industria cambia constantemente, en general dentro de las siguientes categorías:

• Estacional (durante los inviernos oscuros se requiere más iluminación eléctrica y calefacción, mientras que en otros climas el clima cálido aumenta la necesidad de aire acondicionado)
• Semanalmente (la mayoría de la industria cierra los fines de semana, lo que reduce la demanda)
• Diariamente (como el pico de la mañana cuando se abren las oficinas y se encienden los aires acondicionados )
• Cada hora (un método para estimar las cifras de audiencia de televisión en el Reino Unido es medir los picos de potencia durante las pausas publicitarias o después de los programas cuando los espectadores van a encender un hervidor ^[101] )
• Transitorio (fluctuaciones debido a las acciones del individuo, diferencias en la eficiencia de transmisión de energía y otros pequeños factores que deben tenerse en cuenta)

Actualmente existen tres métodos principales para hacer frente a la demanda cambiante:

• Los dispositivos eléctricos generalmente tienen un rango de voltaje de trabajo que requieren, comúnmente 110–120 V o 220–240 V. Las variaciones menores en la carga se suavizan automáticamente mediante ligeras variaciones en el voltaje disponible en todo el sistema.
• Las centrales eléctricas pueden funcionar por debajo de su producción normal, con la posibilidad de aumentar la cantidad que generan casi instantáneamente. Esto se denomina "reserva giratoria".
• La generación adicional se puede poner en línea. Normalmente, serían turbinas hidroeléctricas o de gas, que se pueden poner en marcha en cuestión de minutos.

El problema con las turbinas de gas de reserva son los costos más altos, los costosos equipos de generación no se utilizan la mayor parte del tiempo. La reserva de hilatura también tiene un costo, las plantas que funcionan por debajo de la producción máxima suelen ser menos eficientes. El almacenamiento de energía de la red se utiliza para cambiar la generación de las horas de máxima carga a las horas de menor actividad. Las plantas de energía pueden funcionar a su máxima eficiencia durante las noches y los fines de semana.

Las estrategias de nivelación de la oferta y la demanda pueden estar destinadas a reducir el costo de suministro de energía pico o compensar la generación intermitente de energía eólica y solar.

Gestión de la demanda de energía

Artículo principal: Gestión de la demanda energética

Para mantener el suministro de electricidad constante y hacer frente a cargas eléctricas variables, es necesario reducir la diferencia entre generación y demanda. Si esto se hace cambiando las cargas, se denomina gestión del lado de la demanda (DSM). Durante décadas, las empresas de servicios públicos han vendido energía fuera de las horas pico a grandes consumidores a tarifas más bajas, para alentar a estos usuarios a cambiar sus cargas a las horas de menor actividad, de la misma manera que lo hacen las compañías telefónicas con los clientes individuales. Por lo general, estos precios que dependen del tiempo se negocian con anticipación. En un intento por ahorrar más dinero, algunas empresas de servicios públicos están experimentando con la venta de electricidad a precios al contado minuto a minuto ., que permiten a los usuarios con equipos de monitoreo detectar picos de demanda a medida que ocurren y cambiar la demanda para ahorrar dinero tanto al usuario como a la empresa de servicios públicos. La gestión del lado de la demanda puede ser manual o automática y no se limita a grandes clientes industriales. En aplicaciones residenciales y de pequeñas empresas, por ejemplo, los módulos de control de electrodomésticos pueden reducir el uso de energía de los calentadores de agua , unidades de aire acondicionado , refrigeradores y otros dispositivos durante estos períodos apagándolos durante una parte del tiempo de demanda pico o reduciendo la potencia. que dibujan. La gestión de la demanda de energía incluye más que reducir el uso total de energía o trasladar las cargas a las horas de menor actividad. Un método particularmente eficaz de gestión de la demanda de energía implica alentar a los consumidores de electricidad a instalar másequipos energéticamente eficientes . Por ejemplo, muchas empresas de servicios públicos ofrecen reembolsos por la compra de aislamiento , burletes , electrodomésticos y bombillas de bajo consumo. Algunas empresas de servicios públicos subvencionan la compra de bombas de calor geotérmicas por parte de sus clientes, para reducir la demanda de electricidad durante los meses de verano al hacer que el aire acondicionado sea hasta un 70% más eficiente, así como para reducir la demanda de electricidad en invierno en comparación con las bombas de calor convencionales de suministro de aire o calentamiento resistivo. ^[102] Las empresas con fábricas y edificios grandes también pueden instalar estos productos, pero también pueden comprar equipos industriales energéticamente eficientes, como calderas., o utilizar procesos más eficientes para producir productos. Las empresas pueden obtener incentivos como reembolsos o préstamos a bajo interés de las empresas de servicios públicos o del gobierno para la instalación de equipos industriales energéticamente eficientes. Las instalaciones pueden cambiar su demanda contratando a un tercero para que proporcione almacenamiento de energía como servicio (ESaaS).

Portabilidad

Ésta es el área de mayor éxito de las tecnologías actuales de almacenamiento de energía. Las baterías recargables y de un solo uso son omnipresentes y proporcionan energía para dispositivos con demandas tan variadas como los relojes digitales y los automóviles. Sin embargo, los avances en la tecnología de baterías han sido generalmente lentos, y gran parte del avance en la vida útil de la batería que los consumidores ven se puede atribuir a una gestión eficiente de la energía en lugar de una mayor capacidad de almacenamiento. La electrónica de consumo portátil se ha beneficiado enormemente de las reducciones de tamaño y potencia asociadas con la ley de Moore. Desafortunadamente, la ley de Moore no se aplica al transporte de personas y carga; los requisitos de energía subyacentes para el transporte siguen siendo mucho más altos que para las aplicaciones de información y entretenimiento. La capacidad de la batería se ha convertido en un problema a medida que aumenta la presión por alternativas a los motores de combustión interna en automóviles, camiones, autobuses, trenes, barcos y aviones. Estos usos requieren mucha más densidad de energía (la cantidad de energía almacenada en un volumen o peso dado) de la que puede ofrecer la tecnología actual de baterías. Combustible de hidrocarburo líquido (como gasolina / gasolina y diésel ), así como alcoholes ( metanol , etanol y butanol)) y los lípidos ( aceite vegetal puro , biodiésel ) tienen densidades de energía mucho más altas.

Existen vías sintéticas para utilizar la electricidad para reducir el dióxido de carbono y el agua a hidrocarburos líquidos o combustibles alcohólicos. ^[103] Estas vías comienzan con la electrólisis del agua para generar hidrógeno y luego reducen el dióxido de carbono con un exceso de hidrógeno en variaciones de la reacción de cambio de gas de agua inversa . Las fuentes no fósiles de dióxido de carbono incluyen plantas de fermentación y plantas de tratamiento de aguas residuales . La conversión de energía eléctrica en combustible líquido a base de carbono tiene el potencial de proporcionar almacenamiento portátil de energía utilizable por el gran parque existente de vehículos de motor y otros equipos impulsados ​​por motores, sin las dificultades de lidiar con hidrógeno u otro portador de energía exótico.. Estas vías sintéticas pueden llamar la atención en relación con los intentos de mejorar la seguridad energética en naciones que dependen del petróleo importado, pero tienen o pueden desarrollar grandes fuentes de electricidad renovable o nuclear, así como para hacer frente a posibles disminuciones futuras en la cantidad de petróleo disponible. importar.

Debido a que el sector del transporte utiliza la energía del petróleo de manera muy ineficiente, reemplazar el petróleo con electricidad por energía móvil no requerirá grandes inversiones durante muchos años. ^{[ cita requerida ]}

Fiabilidad

Prácticamente todos los dispositivos que funcionan con electricidad se ven afectados negativamente por la interrupción repentina de su fuente de alimentación. Hay disponibles soluciones como UPS ( fuentes de alimentación ininterrumpida ) o generadores de respaldo, pero son costosas. Los métodos eficientes de almacenamiento de energía permitirían que los dispositivos tuvieran una copia de seguridad incorporada para cortes de energía y también reducirían el impacto de una falla en una estación generadora. Actualmente se encuentran disponibles ejemplos de esto utilizando pilas de combustible y volantes.

Ver también

• Vehículos eléctricos a batería
• Batería a red
• Costo de la electricidad por fuente
• Generación distribuida
• Gestión de la demanda energética
• Almacen de energia
• Almacenamiento de energía como servicio (ESaaS)
• Vehículo de pila de combustible
• Sistema eléctrico conectado a la red
• Vehículo eléctrico híbrido
• Economía de hidrógeno
• Lista de proyectos de almacenamiento de energía
• Fuera de pico
• Poder-a-X
• Batería recargable
• Vehículo solar
• Barcos con energía solar
• Base de datos internacional de almacenamiento de energía del Departamento de Energía de EE. UU. , Una lista de proyectos de almacenamiento de energía de la red
• Batería redox de vanadio , almacenamiento de energía de red distribuible
• Vehículo a red o V2G
• Planta de energía virtual
• Granja eólica

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• Ahorrando para un día sin viento por Sean Davies en The E&T Magazine Vol 5 Issue 9 de www.IET.org

Lectura adicional

• Baxter, Richard (2006). Almacenamiento de energía: una guía no técnica . Libros PennWell. ISBN 978-1-59370-027-0.

Enlaces externos

• Una gran batería de níquel-cadmio conectada a la red
• Almacenamiento de energía estacionario ... clave para la red renovable
• Libro de datos sobre almacenamiento de electricidad