Las nueve tecnologías de almacenamiento que ya pueden ser rentables para una red 100% renovable

En el futuro se espera que los sistemas energéticos sean una combinación perfecta entre generación renovable y almacenamiento pero la tecnología que triunfe será aquella que tenga los costes más bajos para que pueda competir con el resto de energías de respaldo. Los investigadores del MIT (Massachusetts Institute of Technology) han enumerado las que podrían permitir una red 100% renovable, según publica la revista IEEE Spectrum.

Y para empezar ponen como ejemplo la ciudad de Los Ángeles, que recientemente firmó un acuerdo para un sistema de almacenamiento más solar a un precio récord. La planta fotovoltaica de 400 MW es capaz de almacenar 1.200 megavatios-hora de energía gracias a sus baterías de ion litio y así satisfacer la demanda eléctrica de la noche. Este proyecto es parte del compromiso climático de la ciudad para alcanzar el 100% de energía renovable para 2045.

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Los escépticos del almacenamiento dicen que estos sistemas son todavía muy caros y su combinación con la eólica o la solar no permiten mantener las luces encendidas las 24 horas, los 7 días de la semana. Pero el primer argumento se está debilitando a medida que las energías renovables se vuelven más competitivas respecto al coste de los combustibles fósiles. El segundo tampoco se mantiene porque sus costes también se están reduciendo.

«El almacenamiento de bajo coste es la clave para permitir que la electricidad renovable compita con la electricidad generada por combustibles fósiles en función del costo», dice Yet-Ming Chiang, profesor de ciencia e ingeniería de materiales en el MIT.

Pero ¿hasta cuánto de bajos tienen que ser esos costes? El equipo de investigación de Chiang ha determinado que el almacenamiento de energía tendría que costar aproximadamente unos 20 €/kilovatio-hora (kWh) para que la red tenga un mix 100% de energía solar-eólica. Su análisis, ‘Storage Requirements and Costs of Shaping Renewable Energy Toward Grid Decarbonization’ se ha publicado en la revista científica Joule.

Es un precio muy ambicioso para las baterías de ion de litio, que en 2018 se situaron entorno a los 175 €/kWh. Pero las cosas mejoran si se aflojan las restricciones sobre las renovables, dicen los investigadores. Entonces, las tecnologías de almacenamiento cumplen con el objetivo de coste.

Para el estudio, el equipo eligió cuatro ubicaciones: Arizona, Iowa, Massachusetts y Texas, y reunió 20 años de datos sobre los recursos solares y eólicos que existen allí. Dichos recursos pueden cambiar considerablemente con las estaciones y a lo largo de los años. Lo interesante es que hicieron un análisis a más largo plazo, mientras que estudios anteriores habían utilizado datos de solo uno o dos años, capturando las variaciones que pueden ocurrir durante la vida útil de una planta de energía. Modelaron los costes de los sistemas de almacenamiento eólico-solar que mejor cumplían con la posibilidad de ofrecer seguridad de suministro, así como carga básica las 24 horas del día, los 7 días de la semana y satisfacer los picos de demanda de las horas pico durante algunas horas.

La conclusión a la que llegaron fue que el almacenamiento tendría que costar entre unos 10€ y 20 €/kWh en un combinación con eólica y/o solar para competir con una central nuclear que podría proporcionar electricidad de respaldo. Y para competir con un ciclo combinado requeriría que los costes de almacenamiento se redujeran hasta los 5 €/kWh.

Esas cifras son solo para escenarios en los que la energía solar y eólica satisfacen la demanda de energía al 100%. Pero si hay otras fuentes para cubrir la demanda solo el 5% del tiempo, el almacenamiento podría funcionar a un precio de 150 €/kWh. Con esos precios, ¿qué tecnologías podrían alcanzar ese objetivo?

Las baterías de iones de litio están al alcance del objetivo de 150 €/kWh, y su participación en el almacenamiento a escala de empresas energéticas está creciendo. Sin embargo, se enfrentan a desafíos de escasez de materiales exacerbados por un mercado creciente de automóviles eléctricos. Pero, dice Chiang, que es poco probable que la tecnología cumpla con los requisitos de coste para el almacenamiento de larga duración, por lo que para la descarbonización profunda, existe una necesidad crítica de desarrollar otras tecnologías de almacenamiento de bajo coste y larga duración.

Los investigadores afirman que los sistemas de bombeo hidráulico y de aire comprimido, que utilizan energía adicional para bombear agua cuesta arriba o para presurizar el aire, se pueden usar para encender una turbina y generar electricidad cuando sea necesario, ya tienen un bajo coste de energía, de alrededor de los 20 €/kWh. Pero estos sistemas necesitan una gran cantidad de espacio y características geológicas especiales, como montañas o cavernas subterráneas, por lo que no se pueden usar en todas partes.

Otra tecnología viable son las baterías de flujo que utilizarían abundantes productos químicos de bajo coste para almacenar energía en grandes tanques. Pero no todas las químicas de la batería de flujo son económicas. Según los investigadores, uno de los tipos principales, las baterías de flujo redox de vanadio, tiene un coste estimado de 100 €/kWh, pero un mayor desarrollo podría reducir mucho más los costes.

Chiang apuesta por las baterías de azufre. Recientemente ha desarrollado una batería de flujo de azufre acuoso que podría costar tan poco como 10 €/kWh. La tecnología tiene lo que se necesita para un almacenamiento de larga duración y bajo coste, y ahora está siendo desarrollada por Form Energy, una compañía que cofundó en 2017 y que recientemente ha recibido un amplio respaldo financiero.

Hay otras tecnologías de batería que habría que echar un vistazo, como por ejemplo, las baterías de sodio y azufre de alta temperatura, que cuestan unos 500 €/kWh, pero con un mayor desarrollo, sus costes podrían caer hasta un 75% para 2030, según IRENA. Mientras tanto, el coste de las baterías de cloruro de níquel y sodio podría caer de los 285 hasta los 444 euros/kWh que cuestan en la actualidad hasta una horquilla que podría ir desde los 117 euros hasta los 181 euros/kWh para 2030.

Hay muchas otras formas de almacenar energía renovable que los investigadores no han valorado, como volantes, supercondensadores, almacenamiento térmico en sales fundidas y el uso de electricidad en exceso para licuar el aire o para producir combustibles como el hidrógeno y el metano.

El proyecto de la ciudad de Los Ángeles y otros que se han anunciado hace poco demuestran que las energías renovables combinadas con el almacenamiento ya están comenzando a tener sentido económico. El avance de las tecnologías de almacenamiento y las economías de escala ayudarán a reducir aún más los costes y permitirán que las renovables alcancen su máximo potencial.

«La clave está en desarrollar tecnologías de almacenamiento que puedan alcanzar esos bajos costes de capital [de unos 20 euros/kWh]», dice Chiang, «creo que este tipo de almacenamiento se puede demostrar a escala piloto en los próximos cinco años».