Javier Andrés Pastorino
Vicepresidente de Siemens Energy México, Centro América y Caribe
El mundo de la energía está cambiando rápidamente debido a la crisis climática desencadenada por el ser humano, tras muchas décadas de emisiones de gases de efecto invernadero, producto, principalmente, del uso de combustibles fósiles, mismos que han aumentado la intensidad y duración de muchos fenómenos, como las olas de calor extremo. Estamos frente a la oportunidad de un impulso global hacia la descarbonización.
El porcentaje de energías renovables aumenta rápidamente, sin embargo, la falta de almacenamiento suficiente y efectivo provoca fluctuaciones en el suministro eléctrico que pueden afectar la operación diaria cotidiana y empresarial.
La generación de energía está cada vez más descentralizada. Al mismo tiempo, su demanda sigue aumentando, lo que requiere un suministro constante e ininterrumpido. Para superar este reto necesitamos crear nuevos sistemas energéticos que propicien una economía global neutra en carbono.
Para lograrlo se requieren sistemas energéticos flexibles y neutros que permitan el acoplamiento del sector con nuevas formas de generar, almacenar y utilizar la energía. Las centrales eléctricas fósiles actuales deben eliminarse progresivamente y, mientras tanto, convertirse en centrales más eficientes de bajas emisiones; la producción de hidrógeno debe ser más asequible.
Y, aunque todo esto pueda parecer inalcanzable, lo cierto es que estos elementos son necesarios para luchar contra el cambio climático y garantizar al mismo tiempo una energía asequible y fiable para todos.
El mundo ya avanza en esta dirección, aunque a distintas velocidades y en distintos lugares. ¿Cómo sumar estos esfuerzos en una sola dirección? Durante el 2022, la inversión global en almacenamiento de energía en baterías alcanzó nuevos máximos, llegando a una cifra de 20 mil millones de dólares, según un informe elaborado por BloombergNEF.
En concreto, las baterías desempeñan un papel importante hoy y lo harán en el futuro, ya que permiten equilibrar las diferencias de carga, proporcionan capacidad de medición y servicios auxiliares a la red energética, hacen que las (micro) redes sean más inteligentes, es decir que los usuarios puedan saber en tiempo real la electricidad y la tarifa a la que están consumiendo energía y además, como beneficio adicional, permiten capacidades de arranque en negro sin emisiones de carbono.
México no es ajeno a esta tendencia global. Durante la COP27, el país estableció una serie de objetivos ambiciosos en cuanto a energía renovable, con la meta de lograr cero emisiones netas de efecto invernadero para 2050. Para lograr esta meta, el país deberá aumentar su capacidad de generación de energía renovable, pero también su inversión en almacenamiento de energía.
Podría decirse que el elemento más importante para los próximos años será el almacenamiento de energía, que permitirá un flujo de energía constante, la estabilidad de la red y la disponibilidad de energía renovable 24 horas al día, 7 días a la semana.
Los sistemas de almacenamiento ayudarán a construir el nuevo mundo energético.
Estabilidad, la clave
La concientización de dejar de usar combustibles fósiles por parte de la población aumenta, y con ello, la presión ejercida a las empresas y servicios que no quieren quedar atrás en sus procesos de descarbonización.
Sin embargo, el creciente uso de las energías renovables o responsables con el ambiente también tiene desafíos, ya que debe de garantizarse su distribución sin interrupciones y el abastecimiento a todo tipo de compañías, en cualquier lugar del planeta. Esto exige estabilidad en la red de abastecimiento, en el flujo de electricidad que la recorre y en los precios.
¿Cuál es la solución?
Las soluciones de almacenamiento de energía desempeñarán un papel dominante para satisfacer interrupciones y volatilidad en el sector en un futuro. Los sistemas de almacenamiento basados en baterías se utilizan cada vez más como una forma eficiente de suministrar y consumir energía cuando se necesita.
Además de las baterías convencionales, el uso de energía hidroeléctrica de almacenamiento por bombeo es muy beneficioso, ya que brinda la ventaja adicional de reconstruir la red eléctrica en caso de un apagón en todo el sistema. Adicionalmente, se están utilizando estabilizadores de red giratorios para garantizar la estabilidad de la red, y los supercondensadores permitirán el envío de energía en milisegundos para contrarrestar los cambios de frecuencia.
Ponerse “las pilas”
Las baterías son sistemas de almacenamiento de energía a través de la química, esto es una tecnología bastante conocida por el mercado, e incluso por los consumidores por su uso en dispositivos electrónicos.
Las baterías han sido un gran apoyo económico para el sector energético cuando se refiere la evolución de la descarbonización del planeta ya que éstas guardan la energía cuando se genera y, la liberan cuando se necesita.
Las baterías son flexibles y confiables en su uso, ya que permiten un rápido suministro de energía cuando es necesario. Además, ayudan a los productores de energía a evitar restricciones, que en su mayoría tienen que ver con la reducción involuntaria de la producción de energía.
El almacenamiento en batería ya se está utilizando como un método eficiente de suministro de energía cuando es necesario. Por ejemplo, las grandes embarcaciones en alta mar y las plataformas de perforación lo emplean no solo para minimizar el uso de generadores diésel, sino también para reducir las emisiones de CO2 y NOx.
Además, la combinación de energías renovables, como los parques eólicos con el almacenamiento de baterías, puede ayudar a administrar la energía según las necesidades actuales. Con todas estas características, el uso de la batería sigue aumentando en el sector energético actual. Y, a medida que su costo de producción disminuye, su capacidad de almacenamiento continúa aumentando.
Sin embargo, como toda tecnología, también tiene sus retos y genera incertidumbre. En primer lugar, las baterías actuales tienen una capacidad limitada, lo que significa que sólo pueden almacenar suficiente energía para proporcionar energía durante unas pocas horas y se degradan con el tiempo.
Hidroeléctrica de bombeo
Esta es la solución de almacenamiento de energía más usada en el mundo. La energía hidroeléctrica por bombeo es una de las tecnologías más maduras y probadas actualmente, debido a que la energía hidroeléctrica se ha utilizado durante milenios, y que funciona a través de una de las leyes de la naturaleza: la gravedad.
Cuando hay un excedente de energía, el agua se bombea desde un estanque más bajo, a menudo construido artificialmente, hacia arriba a otro depósito. Luego, cuando es necesario, se permite que el agua fluya cuesta abajo nuevamente a través de turbinas, creando así energía. Los sistemas hidráulicos de bombeo también son capaces de suministrar energía reactiva cuando hay un desequilibrio en la red, lo que reduce el riesgo de apagones.
Sin embargo, a pesar de lo madura y generalizada que es la tecnología, el potencial de la energía hidroeléctrica de bombeo aún no se ha agotado. A nivel global, hay muchas ubicaciones disponibles para nuevas centrales hidroeléctricas de bombeo grandes, aunque el impacto ambiental y la opinión pública de este tipo de empresas, requieren una consideración cuidadosa.
El almacenamiento de energía térmica
El almacenamiento de energía térmica apoya la descarbonización mediante el manejo de otro bloque de construcción importante para un futuro sistema de energía: el calor. Esta energía viene del calor producido por energía renovable o capturada de los residuos del calor o gases de escape, que varían en la descarga por la duración de mediano a largo plazo en su almacenamiento.
Este almacenamiento mejora la eficiencia de una planta al reducir costos y mejorar el rendimiento energético. Una gran variedad de medios físicos pueden ser utilizados como la sal líquida, la piedra, la arena, el vapor, los gases, la cerámica o el agua caliente o a presión, todos los cuales son difícilmente dañinos para el medio ambiente.
El almacenamiento de energía mecánica
Junto al bombeo hidroeléctrico, el almacenamiento de energía por aire comprimido (CAES, por sus siglas en inglés) es otra solución de almacenamiento mecánico que ofrece una solución de almacenamiento subterráneo de energía confiable, rentable y de larga duración a escala de red. Es especialmente atractivo en áreas donde la geografía no admite hidroeléctricas de bombeo.
La idea de utilizar aire comprimido para centrales eléctricas no es nueva. Hoy en día, hay dos centrales eléctricas en funcionamiento que utilizan aire comprimido para almacenar energía en cavernas de sal cuando la demanda es baja y reutilizarla cuando la demanda es alta.
El almacenamiento termomecánico combina la tecnología de almacenamiento de calor y el almacenamiento de la energía mecánica, lo que permite realizar la descarga de electricidad (caso de uso principal) y calor (caso de uso secundario), según las necesidades de cada uno, ya sea generación de energía, calefacción urbana o aplicaciones industriales.
Perspectivas de una economía libre de CO2
Según las estimaciones de Siemens Energy, dentro de veinte años, con una cuota de energías renovables en continuo aumento que acabará alcanzando el 100% de la generación de energía, las empresas de servicios públicos, las de transporte y la industria podrán crear una economía libre de CO2 en el mundo.
Las centrales eléctricas, tal y como las conocemos, se habrán convertido en centrales híbridas, sentando las bases de la nueva economía energética. Incluirán turbinas de gas 100% ecológicas que garanticen un flujo de energía constante, almacenamiento térmico, bombas de calor para calefacción urbana y electrolizadores para producir hidrógeno. Baterías y el almacenamiento termomecánico para producir electricidad verde también formarán parte de esta combinación.
El hidrógeno verde permitirá almacenar energía a largo plazo, además de producir materia prima para combustibles sintéticos, como el metanol, además de combustible para calefacción o producción de metales sin CO2.
Almacenamiento de hidrógeno
El hidrógeno no escasea: es el elemento más común de la Tierra. Y como es muy reactivo, el hidrógeno se une a otras moléculas, sobre todo en forma de agua, H2O. Actualmente se producen en el mundo entre 70 y 100 millones de toneladas de hidrógeno al año, principalmente a partir del reformado de metano con vapor o del reformado autotérmico.
La generación de hidrógeno verde mediante electrólisis del agua con energía eléctrica procedente de fuentes renovables está completamente libre de emisiones de CO2 desde el principio.
El hidrógeno verde constituye un excelente almacenamiento de energía a largo plazo y, en el futuro, permitirá el almacenamiento estacional de electricidad a gran escala. Mediante el uso de turbinas de gas, motores y/o pilas de combustible con capacidad para H2, la re-electrificación ayudaría a garantizar el suministro de electricidad en periodos de bajo suministro de energías renovables, por ejemplo, debido a la falta de viento.
En comparación con todas las demás soluciones de almacenamiento antes mencionadas en este artículo, podría permitir otras aplicaciones. Por ejemplo, puede utilizarse directamente como combustible para la movilidad o como materia prima para diversas industrias.
En Siemens Energy estamos comprometidos en la transición hacia un nuevo futuro energético descarbonizado. Pero también tenemos que reconocer que el camino hacia un sistema energético descarbonizado tampoco es un hecho: varía de un país a otro con una mezcla de tecnologías que se utilizan para alcanzar los objetivos de emisiones.
Además, aunque no prevemos grandes obstáculos tecnológicos, seguimos necesitando investigación y desarrollo. Y, eso también significa que harán falta enormes sumas de inversión para encontrar soluciones que beneficien a todos en los próximos años y décadas.
Con el apoyo y cooperación de actores políticos, asociaciones y de las empresas pertenecientes al sector privado, se podrán encontrar soluciones energéticas asequibles, incluidas las de almacenamiento de energía.
El potencial es enorme. Almacenar grandes cantidades de hidrógeno u otros líquidos sintéticos permite no sólo almacenar la fluctuante energía renovable, sino también utilizarla para diversos sectores de la economía. Por ahora, para una correcta evolución a una economía verde, uno de los principales retos es la actual falta de infraestructuras para distribuir y almacenar hidrógeno, pero esto cambiará a medida que la producción de hidrógeno verde sea más económica y escalable.
En conclusión, el mundo de la energía está evolucionando hacia la descarbonización con el aumento de energías renovables y sistemas de almacenamiento eficientes. El almacenamiento de energía, especialmente a través de baterías y tecnologías como el hidrógeno, juega un papel clave en la estabilidad de la red y la integración de fuentes limpias. Superar los desafíos tecnológicos y de infraestructura será crucial para alcanzar una economía sostenible y libre de emisiones.
