La Singularidad Desnuda

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El problema del almacenamiento de energía

Posted by Carlos en enero 22, 2010

Uno de los grandes problemas a los que se enfrentan los sistemas de suministro energético es la dificultad (y el coste) de almacenar energía durante los periodos de baja demanda para poderla luego utilizar durante los picos de demanda. Esto es particularmente relevante desde el punto de vista de las energías renovables, si se pretende que constituyan una alternativa realista a las energías consumibles. Pensemos por ejemplo en aerogeneradores que dependen de la presencia del viento para producir electricidad: el viento no entiende de demanda estacional o carga rodante, por lo que habrá situaciones en las que la producción eléctrica sea superior a la demanda, y otras en las que ocurra lo contrario. Por supuesto, las redes eléctricas diversifican las fuentes de energía y son capaces de redireccionar electricidad de otros puntos de la red para hacer frente a picos de demanda, pero la situación sería mucho más simple si realmente se pudiera almacenar energía eléctrica a gran escala.

Granja Eólica (by Syrek69)En el número de Nature del 7 de enero se hace una breve recapitulación de algunos de los mecanismos existentes para el almacenaje de energía y de cómo estos podrían extenderse en el futuro para trabajar a mucha mayor escala:

  • Almacenamiento hidroeléctrico: usado en la actualidad en países como Noruega, este mecanismo emplea el exceso de energía de las turbinas aerogeneradores para bombear agua hacia embalses en las montañas. Cuando haga falta la energía se libera el agua para activar los generadores hidroeléctricos. Este mecanismo tiene una eficiencia del 70-85%, aunque está limitado por la disponibilidad geográfica (por no hablar del impacto ambiental). Una alternativa sería construir “lagos” artificiales (o “islas de energía”) en el océano, creando grandes diques que cerquen una superficie equivalente a una pequeña isla. La energía excedente se emplearía en bombear agua fuera del lago hacia el mar, y se recuperaría dejándola entrar de nuevo. Podrían obtenerse 1 500 MW durante unas 12 horas.
  • Almacenamiento de aire comprimido: usado en la actualidad en algunas zonas de Alemania y EE.UU., este sistema comprime aire y lo bombea a grandes cuevas subterráneas. Al ser liberado, el aire activa turbinas que recuperan la energía. El problema es el calentamiento del gas al ser comprimido, y la pérdida de este calor a través de las paredes de la cueva. Un sistema futuro podría capturar este calor y usarlo luego para calentar el aire y que éste active turbinas. La eficiencia del sistema podría ser también de un 80%.
  • Almacenamiento en baterías: el sistema quizás más intuitivo es emplear baterías de gran capacidad. Los teléfonos móviles y portátiles emplean baterías de iones de litio que vienen a tener un coste de unos cientos de euros por kWh. El empleo de una tecnología como ésta a gran escala reduciría mucho estos costes, en su mayor parte debido a consideraciones de seguridad relacionadas con su uso en dispositivos móviles. Incluso podría pensarse en baterías basadas en otro tipo de reacciones electroquímicas con elementos más baratos y abundantes como silicio, hierro o aluminio.
  • Almacenamiento cinético: usado en sistemas de alimentación ininterrumpida, este sistema se basa en hacer girar un volante de inercia a gran velocidad usando la energía sobrante para alimentar un motor, y extraer energía del mismo acoplándole un generador. El problema es por supuesto la escalabilidad. Un prototipo en el que se está trabajando considera un dispositivo de un metro de diámetro con un núcleo cilíndrico de aluminio que alberga el generador y el motor, y una envoltura de fibra de carbono. El sistema se instalaría en una cámara sellada al vacío sobre soportes magnéticos, y alcanzaría una eficiencia del 85%.
  • Almacenamiento en ultracondensadores: aquí nos movemos en un terreno más hipotético, en el que se podría considerar tecnología a escala molecular para construir ultracondensadores, o el empleo de bobinas superconductoras para almacenar indefinidamente la corriente circulante.

Estos mecanismos son realmente imaginativos y en algún caso requerirán grandes obras de ingeniería, pero su utilidad compensaría el esfuerzo. Con todo, una de las ideas más interesantes es la de la red inteligente (ver, e.g., aquí): cuando la demanda supere la disponibilidad de electricidad, la red efectuaría microcortes en dispositivos domésticos como frigoríficos o aparatos de aire acondicionados. Estos microcortes serían imperceptibles para el usuario, pero suficientes para reducir la demanda a límites aceptables. Esta red inteligente interactuaría también con sistemas de almacenaje como los descritos, intercambiando energía entre comunidades vecinas para mantener una situación de equilibrio.

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25 comentarios to “El problema del almacenamiento de energía”

  1. rafolas said

    No se si estoy diciendo una tontería, pero según tengo entendido, uno de los problemas del hidrógeno como combustible es la energía que se necesita para producirlo. ¿No sería buena idea usar el excedente energético puntual de algunos sistemas como eólico o solar para producir hidrógeno?

  2. [...] This post was mentioned on Twitter by Microsiervos, Raul Velasco. Raul Velasco said: La ciencia avanza!!!! RT @microsiervos: El problema del almacenamiento de energía (Ciencia) http://bit.ly/6K24B3 [...]

  3. Mariano said

    No creo que el almacenamiento en forma de hidrógeno sea una tontería.
    Todo es cuestión de identificar procesos que requieran energía y cuyo resultado sea almacenable.
    Como ejemplo puede valer el agua desalinizada. Si necesitas desalinizar agua, que requiere cantidades importantes de energía, se pueden usar los excedentes de las puntas de producción solar, eólica, etc. para producir agua ya desalada que es bien fácil de almacenar. El problema ahora mismo es que se diseñan las desalinizadoras para funcionar (básicamente) de forma contínua y no de forma variable o por etapas.
    Se trataría de acomodar la producción a la forma variable de la disponibilidad energética, y no de forma contúnua al consumo del producto.
    Por lo que sé, algún experimento ya se ha hecho y funciona, pero no termina de generalizarse.

  4. David said

    Pero se trata de obtener un producto del que luego se pueda recuperar la energía. Con el agua o con el hidrógeno, no podrías hacer funcionar tu ordenador.

  5. rafolas said

    Pero con hidrógeno puedes hacer funcionar un motor para generar electricidad en cualquier momento, no sólo cuando hace sol o sopla el viento.
    Y la electricidad que no consumes para desalinizar agua no tienes que sacarla del carbón, por poner un ejemplo.

    Pienso que es una forma de optimizar recursos. Ya que no puedo usar/no necesito usar la energía que estoy generando ahora, voy a guardarla de forma que pueda usarla cuando la necesite ¿no?

  6. Chema said

    El problema del hidrógeno es que es una energía “teciaria” es decir, siempre será más caro producir el hidrógeno que gastar las energías de donde proviene (electricidad y agua pesada para la pirólisis, gas natural, carbón y petroleo) después almacenar hidrógeno es muy pero que muy dificil (y por lo tanto carísimo), la mayor parte del hidrógeno producido actualmente se consume en el instante y al lado de donde se obtiene (si no fijaros por ejemplo en que hay fábricas de amoniaco al lado de refinerias). Luego de momento el futuro del hidrógeno a mi parecer lo veo algo incierto…

    Buen artículo pero creo que se olvida de otro problema del almacenaje de la energía y es la distribución posterior de esta, sería inviable economicamente hablando el contruir un embalse en las montañas de galicia para dar electricidad a la comunidad andaluza por ejemplo, o contruir lagos artificiales en mitad del mediterraneo para abastecer a la planicie manchega…

  7. Chema said

    Se me olvido añadir que el almacenaje del hidrógeno es muy dificil y más en comparación con el almacenaje del gas, carbón y petroleo, principales fuentes del hidrógeno (la electricidad no es almacenable de momento por lo que estamos en el mismo problema que usted analiza) además que la electricidad es una energía secundaria y proveniente mayormente de otras primarias como el petroleo, gas, carbón, nuclear… no se si se vé el problema del hidrógeno (que puedes poner un molinillo ha generar electricidad y despues hidrógeno, pero sería mucho más caro)

  8. Juan said

    El problema con el hidrógeno es la eficiencia total del proceso. El artículo cubre procesos en los que la eficiencia, real o estimada, está generalmente por encima del 75% luego de almacenar y generar nuevamente la energía. Producir hidrógeno por electrólisis a partir de agua requiere más energía de la que el mismo hidrógeno puede transportar (según wikipedia (por favor no me griten por citar a wikipedia) este proceso tiene una eficiencia entre el 50 y el 94%, lo cual no está tan mal), pero al utilizar nuevamente el hidrógeno las tecnologías disponibles no permiten actualmente eficiencias altas. El hidrógeno podría utilzarse en una celda de combustible cuya eficiencia difícilmente supera el 50% en la actualidad, lo que supondría una eficiencia total del proceso entre un 25 y un 50%, muy por debajo de las alternativas mencionadas. También podría usarse en un motor de combustión interna, sin embargo en este caso la eficiencia total no sería mucho mejor.

  9. emegezeta said

    Utilizar baterías, para almacenar energía eléctrica para revertirla a la red cuando sea necesaria parece que es caro, pero ¿y si las baterías son para mover vehículos eléctricos? Tal vez convertir las actuales gasolineras en centros de almacenamiento de la energía sobrante…. El coste lo asumirían, al menos en parte, los usuarios de los vehículos como coste de la recarga.

  10. Muy buen compendio, desconocía los dos primeros métodos, muy ingeniosos. Y salvo los escollos geográficos, creo que son las mejores opciones que he oído.

    Ya estoy agregando la noticia al menú de mi blog.

    Saludos y suerte!
    PLPLE

  11. [...] El problema del almacenamiento de energía [...]

  12. Sadi said

    Interesante artículo. Sólo recordar a algunos que de lo que se trata aquí (lo que a las eléctricas les interesa de verdad) es de satisfacer la demanda eléctrica durante los picos de consumo utilizando en la medida de lo posible los medios habituales.

    Formas de utilizar el excendente en el momento, como recargar coches eléctricos en las gasolineras (es un ejemplo como otro cualquiera, que nadie se sienta ofendido ni atacado) las hay a montones. Seguro que a cada uno se le ocurren unas cuantas. Pero hacer esto seguiría suponiendo un problema a las empresas eléctricas: tendrían que construir centrales a sabiendas de que sólo se utilizarán (o bien sólo se utilizarán a pleno rendimiento) en contadas ocasiones.

    A mí, personalmente, lo de los pantanos, aprobechando que en España tenemos unos cuantos, me parece muy buena idea.

  13. rafolas said

    Sadi, de hecho, lo de los pantanos ya se hace en Cofrentes con el que tienen para asegurar el abastecimiento de la Central Nuclear. Cuando cae el consumo, bombean agua con el excedente de producción de la central.

  14. Jorge said

    Sobre el hidrógeno, por aclarar ideas.

    Empezamos con termodinámica:
    1) Cualquier transformación consume más energía de la que aporta, en el mundo real no existen los procesos isentrópicos y reversibles.
    2) El hidrógeno no es una fuente de energía, sino un vector energético. No existe, hay que crearlo y consumirlo: en eso consiste almacenar energía.

    Ahora, con sentido común:
    3) Las fuentes de energía de las que nos abastecemos no se renuevan a la velocidad que las consumimos (carbón, uranio, gas, etc.), y las renovables no son gestionables. La solución pasa por dos caminos conjuntos:
    a) Control de producción y suministro. Uso y mejora de fuentes renovables, sistemas de almacenamiento cíclicos, etc.
    b) Control de demanda. Ahorro, eficiencia, cambio de hábitos y modelos productivos, etc.

    A vuestra disposición,
    uno de los verdes.

  15. rafolas said

    Jorge,

    respecto a los puntos 1 y 2, de lo que se habla es de qué hacer cuando hay excedente de energía. Se que producir hidrógeno consume más energía que la que aporta… pero por lo menos almacenamos algo de la que se va a perder ¿no?
    (aunque ya han comentado que el almacenaje no sea precisamente sencillo)

  16. Alejandro said

    En este hilo se esta tratando un problema que realmente no es un problema, porque este caso no existe realmente, me explico: las energias renovables en europa tan solo son el 3 – 15% de la energia total consumida: eolicas, solares, mareomotrices… temporeras, toda ellas limpias pero por el momento casi inexistentes, cuando estan a maxima produccion apenas pueden abastecer alguna ciudad pequeña por la noche.
    Aun asi propongo algo que ya se lleva haciendo mucho tiempo, y seguro que no se han dado cuenta, existen procesos productivos que necesitan energia pero sin importar el momento en el que se aportan, y es en los momentos de baja demanda electrica es cuando estos procesos se ponen en marcha.
    Puede que dentro de unos 50 o 100 años consigamos excedentes de energia limpia (magica), pero si se consigue esto, situaria en el mercado energetico franjas horarias en las cuales la energia seria muy barata y estoy seguro que habra miles de personas, yo incluido, gustosas de utilizar energia barata.

  17. Jorge said

    Rafolas, es lo que he dicho. Yo estoy a favor del hidrógeno.
    Alejandro, no confundas energía con potencia, los excedentes de eólica son una realidad que obliga a desconectar parques enteros. Lo de la demanda, ver #14.
    Salud,

  18. Alejandro II said

    Refiriéndonos al hidrógeno: tiempo al tiempo. Las innovaciones capaces de cambiar un modelo energético completamente descompensado (inseguridad de suministro, volatilidad de precios, expolio de espacios naturales, enriqueciemiento de grandes multinacionales – que ojo!!!, son las que invierten…) han de tener un tiempo de maduración extenso para no suponer un fiasco. En este caso no valen cuentos chinos. Los métodos de producción, así como los de aprovechamiento del vector, no están aún completamente optimizados, o incluso descubiertos. Pero creo que el día H2 está por llegar (y mucha gente se esfuerza en ello, sin tener en cuenta gurús y científico-políticos de pacotilla)

    El presente, como bien apunta Jorge, pasa por el ahorro y el aumento de la eficiencia. Para ello no se debe olvidar algo básico: una correcta “EDUCACIÓN ENERGÉTICA” de todos aquellos que podemos disfrutar de la energía.

  19. [...] El problema del almacenamiento de energía. En la Singularidad desnuda. [...]

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  21. [...] El problema del almacenamiento de energía. En la Singularidad desnuda. [...]

  22. avern0s said

    O almacenarla en Coches eléctricos…..ya falta infraestructura para la distribución, carga, surtidores eléctricos,…. pero me parece buena idea.
    Lo comento en mi blog:

    http://avern0s.blogspot.com/2010_01_01_archive.html

  23. jcr said

    Para la energía eólica: construcción de una planta de generación de hidrógeno con los excedentes de electricidad producidos, pero para eso habría que investigar más sobre los motores de hidrógeno para quitarles mayor rendimiento y abaratar costes, cosa a la que no está dispuesta el gobierno, que prefiere comprar la tecnología fuera, como siempre…

  24. jcr said

    Prefieren insistir en los motores eléctricos, que al final utilizan electricidad proveniente de combustibles fósiles o energía nuclear.

  25. CdelHorno said

    Reflexiones obvias.
    Corregirme si me equivoco, los récord de producción eólica se han establecido entre un 30 y un 40% de la produccion de energia en el mejor de los casos.
    El desarrollo de sistemas de almacenamiento energético va despacio porque:
    Implica I+D en multitud de campos, la ID publica se realiza en las universidades que se la venden a las empresas privadas-publicas energéticas, que valoran la rentabilidad en el momento,¡las cuentas son las cuentas!.
    O requiere grandes obras publicas que implican tiempos de ejecución de 20 0 30 años mínimo,(Arrestos para liberar las inversiones en desarrollo de proyectos, aprobación y consenso social, proyectos, Estudios de impacto ambiental, aprobaciones administrativas local, provincial, autonómica, nacional, contratación, ejecución, y todo lo que me olvido.)
    Lo siento, pinta inviable para que lo veamos operativo los que leemos estas lineas
    No seria mas fácil disminuir la generación de la energía que si podemos almacenar petroleo, carbón, hidro, nuclear,etc, para eso con balancear las redes de distribución para el uso de una u otra bastaría.
    No es mas fácil y asequible tecnológicamente hoy, desarrollar redes inteligentes de distribución, además de ser absolutamente necesarias e imprescindibles no solo para cualquier desarrollo futuro de energías sostenibles sino para la aplicación de verdaderas políticas de gestión de la energía con todos los datos accesibles para una gestión adecuada
    El único “peligro” y la mayor “dificultad que entraña” ese desarrollo es que va a tener mucha transparencia y nos va a suministrar mucha información y va a obligar a justificar a quienes se ocultan en la ignorancia de los demás quizás cosas que no todos vamos a compartir eso hoy todavía va a ser difícil implantar.
    Viva Nicola Tesla.

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