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Power-a-X (también P2X y P2Y ) es un número de electricidad de conversión , de almacenamiento de energía , y las vías de reconversión que utilizan excedente de energía eléctrica , típicamente durante períodos en los que las fluctuaciones de energía renovable generación supera carga. [1] [2] Las tecnologías de conversión de energía a X permiten disociar la energía del sector eléctrico para su uso en otros sectores (como transporte o productos químicos), posiblemente utilizando energía que ha sido proporcionada por inversiones adicionales en generación. [1] El término se usa ampliamente en Alemania y puede haberse originado allí.

La X en la terminología puede referirse a uno de los siguientes: energía a amoníaco , energía a químicos , energía a combustible , energía a gas , energía a hidrógeno , energía a líquido , energía -a-metano , energía a comida, [3] energía a energía y energía a gas de síntesis . La carga de vehículos eléctricos, la calefacción y refrigeración de espacios y el calentamiento de agua pueden cambiarse en el tiempo para adaptarse a la generación, formas de respuesta a la demanda que algunos [ ¿quién? ] término potencia-movilidad y potencia- calor .

Los esquemas colectivos de energía a X que usan energía excedente se incluyen en el encabezado de medidas de flexibilidad y son particularmente útiles en sistemas de energía con altos porcentajes de generación renovable y / o con fuertes objetivos de descarbonización . [1] [2] El término abarca una gran cantidad de vías y tecnologías. En 2016, el gobierno alemán financió una  primera fase de un proyecto de investigación de 30 millones de euros sobre opciones de energía para X. [4]

Conceptos de almacenamiento de electricidad

La energía eléctrica excedente se puede convertir en otras formas de energía para su almacenamiento y reconversión. [5] [6] [7] [8] La electrólisis de corriente continua (eficiencia 80-85% en el mejor de los casos) se puede utilizar para producir hidrógeno que, a su vez, puede convertirse en metano (CH 4 ) mediante metanización . [5] [9] Otra posibilidad es convertir el hidrógeno, junto con el CO 2 en metanol. [10] Ambos combustibles se pueden almacenar y utilizar para producir electricidad nuevamente, horas o meses después. Las tecnologías de reconversión incluyen turbinas de gas ,Planta CCGT , motores alternativos y pilas de combustible . Power-to-power se refiere a la eficiencia de reconversión de ida y vuelta. [5] Para el almacenamiento de hidrógeno, la eficiencia del viaje de ida y vuelta permanece limitada entre el 35% y el 50%. [2] La electrólisis es costosa y los procesos de conversión de energía a gas necesitan horas sustanciales de carga completa (digamos 30%) para ser económicos. [1] Sin embargo, mientras que la eficiencia de conversión de ida y vuelta de potencia a potencia es menor que con las baterías y la electrólisis puede ser costosa, el almacenamiento de los combustibles en sí es bastante económico. Esto significa que se pueden almacenar grandes cantidades de energía durante largos períodos de tiempo con power-to-power, que es ideal para el almacenamiento estacional. Esto podría ser particularmente útil para sistemas con alta penetración renovable, ya que muchas áreas tienen una variabilidad estacional significativa de generación solar, eólica e hidroeléctrica. El almacenamiento de batería dedicado a la red normalmente no se considera un concepto de energía a X.

Conceptos de acoplamiento sectorial

El hidrógeno y el metano también se pueden usar como combustibles posteriores , alimentar a la red de gas natural o usarse para fabricar combustible sintético . [11] [12] Alternativamente, se pueden utilizar como materia prima química , al igual que el amoníaco ( NH
3).

Caricatura de Mwelwa Musonko inspirada en el "sector de acoplamiento"

Power-to-heat implica contribuir al sector del calor, ya sea mediante calentamiento por resistencia o mediante una bomba de calor . Los calentadores de resistencia tienen una eficiencia unitaria y el coeficiente de rendimiento (COP) correspondiente de las bombas de calor es 2-5. [5] El calentamiento por inmersión de respaldo tanto del agua caliente sanitaria como de la calefacción urbana ofrece una forma barata de utilizar el excedente de energía renovable y, a menudo, desplazará a los combustibles fósiles con alto contenido de carbono para la tarea. [1]Las bombas de calor a gran escala en los sistemas de calefacción de distrito con almacenamiento de energía térmica son una opción especialmente atractiva para la generación de calor: ofrecen una eficiencia excepcionalmente alta para equilibrar el exceso de energía eólica y solar, y pueden ser inversiones rentables. [13] [14]

La conversión de energía a movilidad se refiere a la carga de vehículos eléctricos (EV) con batería . Dada la aceptación esperada de vehículos eléctricos, se requerirá un envío dedicado. Como los vehículos están inactivos la mayor parte del tiempo, cambiar el tiempo de carga puede ofrecer una flexibilidad considerable: la ventana de carga es relativamente larga de 8 a 12 horas, mientras que la duración de la carga es de alrededor de 90 minutos. [2] Las baterías de los vehículos eléctricos también se pueden descargar a la red para que funcionen como dispositivos de almacenamiento de electricidad, pero esto provoca un desgaste adicional de la batería. [2]  

Se ha descubierto que las bombas de calor con almacenamiento de agua caliente y vehículos eléctricos tienen un mayor potencial de reducción de CO
2emisiones y uso de combustibles fósiles que varios otros esquemas de almacenamiento de energía o electricidad para usar el excedente de energía eólica y solar. [5] Sin embargo, mientras que la energía para calentar y la energía para la movilidad a través de la electrificación (bombas de calor y vehículos eléctricos) tienen un alto potencial de reducción de emisiones, si el objetivo es un sistema 100% limpio, hay algunos usos finales que no pueden estar económicamente electrificado. Estos usos finales incluyen el transporte marítimo de larga distancia (camiones, aviones, barcazas) y procesos industriales de alta temperatura. En estos casos, el uso de combustibles sintetizados a partir de electricidad limpia puede ser la mejor opción. Los biocombustibles son otra opción, pero compiten con la agricultura por el agua y el espacio.

Según el concepto alemán de acoplamiento sectorial, la interconexión de todos los sectores consumidores de energía requerirá la digitalización y automatización de numerosos procesos para sincronizar la oferta y la demanda. [15]

Ver también

  • Almacen de energia
  • Almacenamiento de energía de la red
  • Energía a gas
  • Poder para calentar
  • Electrocombustible

Referencias

  1. ^ a b c d e acatech; Lepoldina; Akademienunion, eds. (2016). Conceptos de flexibilidad para el suministro eléctrico alemán en 2050: garantizar la estabilidad en la era de las energías renovables (PDF) . Berlín, Alemania: acatech - Academia Nacional de Ciencias e Ingeniería. ISBN 978-3-8047-3549-1. Archivado desde el original (PDF) el 6 de octubre de 2016 . Consultado el 10 de junio de 2016 .
  2. ^ a b c d e Lund, Peter D; Lindgren, Juuso; Mikkola, Jani; Salpakari, Jyri (2015). "Revisión de las medidas de flexibilidad del sistema energético para permitir altos niveles de electricidad renovable variable" (PDF) . Revisiones de energías renovables y sostenibles . 45 : 785–807. doi : 10.1016 / j.rser.2015.01.057 .
  3. ^ Sillman, J .; Uusitalo, V .; Ruuskanen, V .; Ojala, L .; Kahiluoto, H .; Soukka, R .; Ahola, J. (1 de noviembre de 2020). "Un análisis de sostenibilidad ambiental del ciclo de vida de la producción de proteínas microbianas a través de enfoques de energía a alimentos" . La Revista Internacional de Evaluación del Ciclo de Vida . 25 (11): 2190–2203. doi : 10.1007 / s11367-020-01771-3 . ISSN 1614-7502 . 
  4. ^ "Power-to-X: entrando en la transición energética con Kopernikus" (Comunicado de prensa). Aquisgrán, Alemania: RWTH Aachen. 5 de abril de 2016 . Consultado el 9 de junio de 2016 .
  5. ^ a b c d e Sternberg, André; Bardow, André (2015). "Power-to-What? - Evaluación ambiental de los sistemas de almacenamiento de energía". Ciencias Energéticas y Ambientales . 8 (2): 389–400. doi : 10.1039 / c4ee03051f .
  6. ^ Agora Energiewende (2014). Almacenamiento de electricidad en la transición energética alemana: análisis del almacenamiento requerido en el mercado de la energía, el mercado de servicios auxiliares y la red de distribución (PDF) . Berlín, Alemania: Agora Energiewende . Consultado el 30 de diciembre de 2018 .
  7. ^ Sterner, Michael; Eckert, Fabián; Thema, Martin; et al. (2014). Langzeitspeicher in der Energiewende - Präsentation [ Almacenamiento a largo plazo en Energiewende - Presentación ]. Ratisbona, Alemania: Forschungsstelle für Energienetze und Energiespeicher (FENES), OTH Regensburg . Consultado el 9 de mayo de 2016 .
  8. ^ Ausfelder, Florian; Beilmann, cristiano; Bräuninger, Sigmar; Elsen, Reinhold; Hauptmeier, Erik; Heinzel, Angelika; Hoer, Renate; Koch, Wolfram; Mahlendorf, Falko; Metzelthin, Anja; Reuter, Martin; Schiebahn, Sebastian; Schwab, Ekkehard; Schüth, Ferdi; Stolten, Detlef; Teßmer, Gisa; Wagemann, Kurt; Ziegahn, Karl-Friedrich (mayo de 2016). Sistemas de almacenamiento de energía: la contribución de la química - Documento de posición (PDF) . Alemania: Koordinierungskreis Chemische Energieforschung (Grupo de trabajo conjunto sobre investigación en energía química). ISBN  978-3-89746-183-3. Consultado el 9 de junio de 2016 .
  9. ^ Pagliaro, Mario; Konstandopoulos, Athanasios G (15 de junio de 2012). Hidrógeno solar: combustible del futuro . Cambridge, Reino Unido: RSC Publishing. doi : 10.1039 / 9781849733175 . ISBN 978-1-84973-195-9.
  10. ^ Planta de metanol renovable de George Olah
  11. ^ König, Daniel Helmut; Baucks, Nadine; Kraaij, Gerard; Wörner, Antje (18 a 19 de febrero de 2014). "Entwicklung und Bewertung von Verfahrenskonzepten zur Speicherung von fluktuierenden erneuerbaren Energien in flüssigen Kohlenwasserstoffen" [Desarrollo y evaluación de conceptos de proceso para almacenar energía renovable fluctuante en hidrocarburos líquidos]. Jahrestreffen der ProcessNet-Fachgruppe Energieverfahrenstechnik . Karlsruhe, Alemania . Consultado el 9 de mayo de 2016 .
  12. ^ Foit, Severin; Eichel, Rüdiger-A; Vinke, Izaak C; de Haart, Lambertus GJ (1 de octubre de 2016). "Power-to-Syngas - ¿una tecnología habilitadora para la transición del sistema energético? Producción de combustibles sintéticos y químicos a medida utilizando electricidad generada de forma renovable". Angewandte Chemie International Edition . 56 (20): 5402–5411. doi : 10.1002 / anie.201607552 . ISSN 1521-3773 . PMID 27714905 .  
  13. ^ Zakeri, Behnam; Rinne, Samuli; Syri, Sanna (31 de marzo de 2015). "Integración eólica en sistemas energéticos con una alta proporción de energía nuclear: ¿cuáles son los compromisos?" . Energías . 8 (4): 2493-2527. doi : 10.3390 / en8042493 . ISSN 1996-1073 . 
  14. ^ Salpakari, Jyri; Mikkola, Jani; Lund, Peter D (2016). "Flexibilidad mejorada con energía renovable variable a gran escala en las ciudades a través de una gestión óptima del lado de la demanda y conversión de energía a calor" . Conversión y Gestión de Energía . 126 : 649–661. doi : 10.1016 / j.enconman.2016.08.041 . ISSN 0196-8904 . 
  15. ^ "Sector de acoplamiento - Dar forma a un sistema integrado de energía renovable" . Alambre de energía limpia . 18 de abril de 2018 . Consultado el 6 de marzo de 2019 .