A veces dos es mejor que uno. La combinación de energía solar y tecnologías de almacenamiento es uno de esos casos. La razón: la energía solar no siempre se produce en el momento en que más se necesita. Uso máximo de energía a menudo ocurre en tardes y noches de verano cuando la generación de energía solar está cayendo. Las temperaturas pueden ser más altas durante estos tiempos, y las personas que trabajan durante el día llegan a casa y comienzan a usar electricidad para enfriar sus hogares, cocinar y hacer funcionar los electrodomésticos.
El almacenamiento ayuda a que la energía solar contribuya al suministro de electricidad incluso cuando el sol no brilla. También puede ayudar a suavizar las variaciones en cómo fluye la energía solar en la red. Estas variaciones son atribuibles a cambios en la cantidad de luz solar que incide sobre fotovoltaico (PV) paneles o concentración de energía solar térmica (CSP) sistemas. La producción de energía solar puede verse afectada por la estación, la hora del día, las nubes, el polvo, la neblina u obstrucciones como sombras, lluvia, nieve y tierra. A veces, el almacenamiento de energía se ubica junto a un sistema de energía solar o se coloca junto a él y, a veces, el sistema de almacenamiento es independiente, pero en cualquier configuración, puede ayudar a integrar de manera más efectiva la energía solar en el panorama energético.
¿Qué es el almacenamiento de energía?
“Almacenamiento” se refiere a tecnologías que pueden capturar electricidad, almacenarla como otra forma de energía (química, térmica, mecánica) y luego liberarla para su uso cuando sea necesario. Baterías de iones de litio son una de esas tecnologías. Aunque el uso del almacenamiento de energía nunca es 100% eficiente (siempre se pierde algo de energía al convertirla y recuperarla), el almacenamiento permite el uso flexible de la energía en momentos diferentes a aquellos en que se generó. Por lo tanto, el almacenamiento puede aumentar la eficiencia y la resiliencia del sistema, y puede mejorar la calidad de la energía al igualar la oferta y la demanda.
Las instalaciones de almacenamiento se diferencian tanto en la capacidad energética, que es la cantidad total de energía que se puede almacenar (normalmente en kilovatios-hora o megavatios-hora), como en la capacidad energética, que es la cantidad de energía que se puede liberar en un momento dado ( generalmente en kilovatios o megavatios). Se pueden utilizar diferentes capacidades de almacenamiento de energía y potencia para gestionar diferentes tareas. El almacenamiento a corto plazo que dura sólo unos minutos garantizará que una planta solar funcione sin problemas durante las fluctuaciones de producción debidas al paso de las nubes, mientras que el almacenamiento a largo plazo puede ayudar a proporcionar suministro durante días o semanas cuando la producción de energía solar sea baja o durante un evento climático importante. , Por ejemplo.
Ventajas de combinar almacenamiento y energía solar
Equilibrio de las cargas eléctricas: sin almacenamiento, la electricidad debe generarse y consumirse al mismo tiempo, lo que puede significar que los operadores de la red desconecten parte de la generación o la “reduzcan” para evitar problemas de sobregeneración y confiabilidad de la red. Por el contrario, puede haber otros momentos, después del atardecer o en días nublados, en los que haya poca producción solar pero mucha demanda de energía. Ingrese el almacenamiento, que puede llenarse o cargarse cuando la generación es alta y el consumo de energía es bajo, y luego dispensarse cuando la carga o la demanda es alta. Cuando parte de la electricidad producida por el sol se almacena, esa electricidad se puede utilizar cuando los operadores de la red la necesiten, incluso después de que se haya puesto el sol. De esta manera, el almacenamiento actúa como una póliza de seguro contra la luz solar.
Generación solar “reafirmante” – El almacenamiento a corto plazo puede garantizar que los cambios rápidos en la generación no afecten en gran medida la producción de una planta de energía solar. Por ejemplo, se puede utilizar una pequeña batería para superar una breve interrupción generacional provocada por una nube que pasa, ayudando a la red a mantener un suministro eléctrico “firme” que sea confiable y consistente.
Proporcionar resiliencia: la energía solar y el almacenamiento pueden proporcionar energía de respaldo durante una interrupción eléctrica. Pueden mantener en funcionamiento instalaciones críticas para garantizar servicios esenciales continuos, como las comunicaciones. La energía solar y el almacenamiento también se pueden utilizar para microrredes y aplicaciones de menor escala, como unidades de energía móviles o portátiles.
Tipos de almacenamiento de energía
El tipo más común de almacenamiento de energía en la red eléctrica es la energía hidroeléctrica por bombeo. Pero las tecnologías de almacenamiento que se combinan con mayor frecuencia con las plantas de energía solar son el almacenamiento electroquímico (baterías) en plantas fotovoltaicas y el almacenamiento térmico (fluidos) en plantas CSP. Otros tipos de almacenamiento, como el almacenamiento de aire comprimido y los volantes de inercia, pueden tener características diferentes, como una descarga muy rápida o una capacidad muy grande, que los hacen atractivos para los operadores de red. Más información sobre otros tipos de almacenamiento se encuentra a continuación.
Energía hidroeléctrica de almacenamiento por bombeo
Energía hidroeléctrica de almacenamiento por bombeo es una tecnología de almacenamiento de energía basada en agua. La energía eléctrica se utiliza para bombear agua cuesta arriba hacia un depósito cuando la demanda de energía es baja. Más tarde, se puede permitir que el agua fluya cuesta abajo y haga girar una turbina para generar electricidad cuando la demanda sea alta. La energía hidráulica por bombeo es una tecnología de almacenamiento madura y bien probada que se ha utilizado en los Estados Unidos desde 1929. Sin embargo, requiere paisajes y embalses adecuados, que pueden ser lagos naturales o artificiales mediante la construcción de represas, lo que requiere largos permisos regulatorios, tiempos de implementación y un gran capital inicial. Aparte del arbitraje energético, el valor de los servicios hidroeléctricos de bombeo para integrar energías renovables variables no se materializa plenamente, lo que puede alargar el período de recuperación financiera. Estas son algunas de las razones por las que no se ha construido hidroeléctrica de bombeo recientemente, a pesar de que el interés es evidente en las solicitudes de permisos y licencias preliminares a la Comisión Federal Reguladora de Energía.
Almacenamiento electroquímico
Muchos de nosotros estamos familiarizados con las baterías electroquímicas, como las que se encuentran en las computadoras portátiles y los teléfonos móviles. Cuando se alimenta electricidad a una batería, se provoca una reacción química y se almacena energía. Cuando se descarga una batería, esa reacción química se invierte, lo que crea voltaje entre dos contactos eléctricos, lo que hace que la corriente salga de la batería. La química más común para las celdas de las baterías es la de iones de litio, pero otras opciones comunes incluyen baterías de plomo-ácido, sodio y níquel.
Almacenamiento de energía térmica
El almacenamiento de energía térmica es una familia de tecnologías en las que se utiliza un fluido, como agua o sal fundida, u otro material para almacenar calor. Este material de almacenamiento térmico luego se almacena en un tanque aislado hasta que se necesita la energía. La energía puede usarse directamente para calefacción y refrigeración, o puede usarse para generar electricidad. En los sistemas de almacenamiento de energía térmica destinados a la electricidad, el calor se utiliza para hervir agua. El vapor resultante impulsa una turbina y produce energía eléctrica utilizando el mismo equipo que se utiliza en las estaciones generadoras de electricidad convencionales. El almacenamiento de energía térmica es útil en plantas CSP, que enfocan la luz solar hacia un receptor para calentar un fluido de trabajo. Se está explorando el dióxido de carbono supercrítico como fluido de trabajo que podría aprovechar temperaturas más altas y reducir el tamaño de las plantas generadoras.
Almacenamiento del volante
Un volante es una rueda pesada unida a un eje giratorio. Gastar energía puede hacer que la rueda gire más rápido. Esta energía se puede extraer conectando la rueda a un generador eléctrico, que utiliza electromagnetismo para frenar la rueda y producir electricidad. Aunque los volantes pueden proporcionar energía rápidamente, no pueden almacenar mucha energía.
Almacenamiento de aire comprimido
Los sistemas de almacenamiento de aire comprimido constan de grandes recipientes, como tanques, o formaciones naturales, como cuevas. Un sistema de compresor bombea los recipientes llenos de aire presurizado. Luego, el aire puede liberarse y utilizarse para impulsar una turbina que produce electricidad. Los sistemas de almacenamiento de energía de aire comprimido existentes suelen utilizar el aire liberado como parte de un ciclo de energía de gas natural para producir electricidad.
Combustibles solares
La energía solar se puede utilizar para crear nuevos combustibles que pueden quemarse o consumirse para proporcionar energía, almacenando eficazmente la energía solar en los enlaces químicos. Entre los posibles combustibles que los investigadores están examinando se encuentran el hidrógeno, producido separándolo del oxígeno del agua, y el metano, producido combinando hidrógeno y dióxido de carbono. El metano es el componente principal del gas natural, que se utiliza habitualmente para producir electricidad o calentar los hogares.
Almacenamiento virtual
La energía también se puede almacenar cambiando la forma en que usamos los dispositivos que ya tenemos. Por ejemplo, al calentar o enfriar un edificio antes de un pico previsto de demanda eléctrica, el edificio puede "almacenar" esa energía térmica para no necesitar consumir electricidad más tarde durante el día. El edificio en sí actúa como un termo al almacenar aire frío o caliente. Se puede aplicar un proceso similar a los calentadores de agua para distribuir la demanda a lo largo del día.
En última instancia, los clientes solares residenciales y comerciales, así como las empresas de servicios públicos y los operadores solares a gran escala, pueden beneficiarse de sistemas solares más almacenamiento. A medida que continúen las investigaciones y bajen los costos de la energía solar y el almacenamiento, las soluciones solares y de almacenamiento serán más accesibles para todos los estadounidenses.
