Conocimientos sobre almacenamiento de energía a largo plazo
Índice
A medida que se acelera el proceso de descarbonización del sistema eléctrico mundial, la capacidad instalada y la proporción de potencia de las nuevas fuentes de energía, como la eólica y la fotovoltaica, siguen aumentando, y la demanda de un apoyo energético fiable en el sistema eléctrico no deja de crecer. En los últimos años, el almacenamiento de energía a largo plazo comenzó a entrar en la escena pública, y rápidamente desencadenó un auge en la investigación tecnológica y la inversión de capital..., almacenamiento de energía a largo plazo empezó a llamar la atención del público, y rápidamente desencadenó un auge de la investigación tecnológica y la inversión de capital.
¿Qué es el almacenamiento de energía a largo plazo?
Hasta ahora, el almacenamiento de energía a largo plazo sigue siendo algo nuevo, y no existe una definición unificada de almacenamiento de energía a largo plazo en todo el mundo.
En los últimos años, el almacenamiento de energía a largo plazo comenzó a entrar en la escena pública, y rápidamente desencadenó un auge en la investigación tecnológica y la inversión de capital., el "Issue Brief - Long-duration energy storage" publicado por el Laboratorio Nacional Sandia de Estados Unidos considera que el almacenamiento de energía a largo plazo es una tecnología de almacenamiento de energía con un tiempo de descarga continua no inferior a 4 horas. En los últimos dos años, el Departamento de Energía de Estados Unidos publicará un informe sobre el apoyo al almacenamiento de energía de larga duración, que define el almacenamiento de energía de larga duración como tecnologías de almacenamiento de energía con un tiempo de descarga continua no inferior a 10 horas y una vida útil de 15-20 años. Más estudiosos han publicado artículos en revistas especializadas, en los que se define el almacenamiento de energía a largo plazo como una tecnología de almacenamiento de energía que abarca desde el día hasta la temporada. Para distinguirla del sistema de almacenamiento de energía de 2 horas que se está construyendo actualmente a gran escala en China, algunos profesionales también clasifican las tecnologías de almacenamiento de energía de 4 horas o más como almacenamiento de energía a largo plazo.
¿Por qué desarrollar el almacenamiento de energía a largo plazo?
Para responder a esta pregunta, debemos empezar por saber por qué se desarrolla el almacenamiento de energía.
Un sistema eléctrico sin almacenamiento de energía es relativamente inestable. Sin embargo, en la actualidad, el sistema eléctrico basado principalmente en la energía térmica sigue contando con un apoyo energético fiable, ya que la energía térmica generada bajo demanda garantiza el funcionamiento del sistema eléctrico. Sin embargo, con la aplicación en profundidad de la política de reducción de emisiones de dióxido de carbono en el futuro, la proporción de fuentes de energía renovables altamente volátiles (principalmente energía solar y eólica) aumentará en cierta medida, y la electricidad escaseará por la noche sin viento y sin luz. Para mejorar la fiabilidad del sistema eléctrico, es imperativo desarrollar el almacenamiento de energía de apoyo.
Entonces, ¿por qué desarrollar el almacenamiento de energía a largo plazo?
Por ejemplo, si la central hidroeléctrica regula la capacidad de almacenamiento del embalse durante sólo dos horas, la segunda mitad de la noche seguirá pasándose a oscuras; aunque la capacidad de almacenamiento del embalse sea suficiente para diez horas, tendremos que rezar para que el día siguiente sea soleado. O ventoso, si el día nublado sin viento dura dos o tres días, tenemos que preparar un embalse mayor, es decir, un almacenamiento de energía a largo plazo.
Por supuesto, el futuro sistema eléctrico también contará con otras fuentes de energía además de la eólica. Teniendo en cuenta las características complementarias de la generación de energía, junto con un almacenamiento de energía a largo plazo de una duración adecuada, el sistema eléctrico se convertirá en una central hidroeléctrica totalmente regulada, que podrá despreocuparse durante todo el año.
Los expertos del sector predicen que para 2040 se habrán desplegado en todo el mundo entre 85.000 y 140.000 millones de kWh de almacenamiento de energía de larga duración.
¿Qué tecnologías de almacenamiento de energía a largo plazo se utilizan en China?
Según el tipo de tecnología, el almacenamiento de energía a largo plazo puede clasificarse en mecánico, electroquímico, térmico y químico. A continuación, presentaremos varias tecnologías de almacenamiento de energía a largo plazo utilizadas habitualmente en China, a saber, el almacenamiento hidráulico por bombeo, las baterías de flujo líquido, el almacenamiento térmico con sales fundidas y el almacenamiento de energía con aire comprimido.
Almacenamiento hidroeléctrico por bombeo
El almacenamiento por bombeo tiene dos depósitos, uno superior y otro inferior. Para el almacenamiento de energía, el agua se bombea al depósito superior con energía eléctrica, que se convierte en energía potencial gravitatoria; para la generación de electricidad, el agua se libera al depósito inferior para accionar la turbina, y la energía potencial gravitatoria se convierte en energía eléctrica. Las centrales de acumulación por bombeo tienen una gran escala de construcción y un largo periodo de construcción, pero son capaces de dar más energía al sistema eléctrico. En la actualidad, la capacidad individual de las centrales de acumulación por bombeo es de 300.000 a 400.000 kilovatios, con una capacidad total instalada de 300.000 a 3.600.000 kilovatios, y el tiempo de almacenamiento suele ser de 4-10 horas.
Batería de flujo líquido
La batería de flujo líquido se refiere a la colocación del electrolito y la pila eléctrica por separado, y la reacción química reversible se produce cuando el electrolito positivo y negativo fluye a través de la pila eléctrica para realizar la transformación mutua de energía eléctrica y química. El ciclo de construcción de la batería de flujo líquido es corto, y ajustando la capacidad de la pila o del electrolito, se puede amplificar la capacidad de generación de energía y de almacenamiento de energía. La capacidad instalada actual de la batería de flujo es de 10-100MW, y el tiempo de almacenamiento de energía es generalmente de 2-6 horas.
Almacenamiento térmico en sales fundidas
El almacenamiento térmico en sales fundidas consigue almacenar energía calentando sales fundidas. En el proceso de liberación de energía, el intercambio térmico de sales fundidas a alta temperatura genera vapor a alta temperatura y alta presión para accionar turbinas de vapor para la generación de energía. El almacenamiento de energía en sales fundidas es a gran escala y tiene una larga vida útil, por lo que en la actualidad se utiliza principalmente en centrales de energía solar térmica de concentración. En la actualidad, la capacidad instalada de almacenamiento en sales fundidas es de 10-100MW, y el tiempo de almacenamiento suele ser de 5-15 horas.
Almacenamiento de energía a largo plazo en aire comprimido
El almacenamiento de energía a largo plazo de aire comprimido utiliza generalmente cavernas de sal o contenedores para almacenar aire a alta presión. Durante el proceso de almacenamiento de energía, el compresor comprime y almacena el aire, convirtiendo la energía eléctrica en energía interna del aire; al liberar energía, el aire a alta presión impulsa la turbina para generar electricidad, convirtiendo la energía interna del aire en energía eléctrica. La central eléctrica de almacenamiento de energía a largo plazo de aire comprimido tiene un largo ciclo de construcción y una alta seguridad, lo que pertenece a la tecnología de almacenamiento de energía a largo plazo mecánica. En la actualidad, la capacidad instalada de las centrales de almacenamiento de energía de aire comprimido es de 10-300 MW, y el tiempo de almacenamiento de energía suele ser de 4-10 horas.
Además, pueden utilizarse cavernas o contenedores de sal para almacenar hidrógeno y conseguir así un almacenamiento de energía química a lo largo de semanas o incluso temporadas.
¿Qué otras tecnologías extrañas de almacenamiento de energía a largo plazo existen?
Muchas tecnologías punteras de almacenamiento de energía a largo plazo se encuentran aún en la fase inicial de I+D y demostración, como el almacenamiento de energía en baterías de hierro-aire, el almacenamiento de energía en rocas calientes, el almacenamiento de energía en baterías de dióxido de carbono, el almacenamiento de energía en aluminio fundido, etc.
Almacenamiento de energía a largo plazo en baterías de hierro-aire
Una pila de hierro-aire es un tipo de pila de metal-aire cuyo principio básico se basa en la oxidación reversible (herrumbre) del hierro. Cuando la pila hierro-aire está descargada, el oxígeno del aire hace que el hierro se oxide; cuando se carga, el óxido se reduce a hierro por la acción de una corriente eléctrica. La única sustancia que emite este proceso es oxígeno. Form Energy, la empresa que inventó la tecnología, afirma que un sistema de almacenamiento de energía que utilice las baterías puede durar hasta 100 horas de descarga a un coste comparable al de las centrales eléctricas de combustibles fósiles existentes.
Almacenamiento de energía a largo plazo en roca caliente
La empresa de tecnología de almacenamiento está trabajando en una tecnología para almacenar energía eléctrica en forma de calor en piedra, bautizada como GridScale. El almacenamiento de energía GridScale consiste en uno o varios conjuntos de depósitos de acero llenos de roca triturada. La piedra triturada es roca basáltica triturada hasta el tamaño de un guisante y puede soportar calentamientos repetidos. La carga y descarga se realiza mediante un sistema de compresor y turbina que bombea energía térmica de un depósito lleno de piedras frías a otro lleno de piedras calientes. Las piedras del depósito frío se enfrían, mientras que las del caliente se calientan, alcanzando temperaturas de hasta 600 grados Celsius. La energía puede almacenarse en la piedra durante muchos días, y cuando la red necesita electricidad, la energía térmica vuelve del depósito caliente al frío a través de turbinas, produciendo electricidad. Se trata de una solución eficaz de almacenamiento de energía a largo plazo debido a las bajas pérdidas de energía, y el número de tanques de almacenamiento puede seleccionarse en función del tiempo y la capacidad de almacenamiento necesarios.
Almacenamiento de energía a largo plazo en baterías de dióxido de carbono
La empresa italiana Energy Dome afirma que sus baterías de dióxido de carbono pueden proporcionar un almacenamiento de energía barato y de respuesta rápida a escala de red. Su principio es similar al sistema de almacenamiento de energía a largo plazo con aire comprimido. El generador comprime el dióxido de carbono en líquido y lo almacena, y guarda el calor residual generado por el gas comprimido; cuando necesita dar apoyo a la red eléctrica, el dióxido de carbono líquido se evapora con el calor residual previamente almacenado para accionar el segundo conjunto de turbinas. Se genera electricidad y el gas de dióxido de carbono se devuelve a la bolsa de aire.
Según Energy Dome, la batería de dióxido de carbono de tamaño completo tiene una capacidad de hasta 25 megavatios y almacena de 100 a 200 megavatios hora de energía con un ciclo óptimo de carga/descarga de 4 a 24 horas, lo que la hace ideal para ciclos diarios y diurnos; su eficiencia de conversión alcanza los 75 %, se espera que la vida útil de la batería sea de unos 25 años, y el coste nivelado (LCOS) puede ser tan bajo como $50-60/MWh en unos pocos años. Energy Dome comparó su tecnología con el almacenamiento de energía en aire comprimido (CAES) y en aire líquido (LAES) y llegó a la conclusión de que las baterías de dióxido de carbono tienen entre 10 y 30 veces la densidad de almacenamiento de energía del CAES, aunque sólo dos tercios de la del LAES, Pero no requiere baja temperatura y puede almacenarse a temperatura ambiente.
Almacenamiento de energía a largo plazo a partir de aluminio fundido
La tecnología experimental de la empresa sueca Azelio, de almacenamiento de energía a largo plazo a partir de aluminio fundido, se ha instalado en un complejo solar de 580 MW en Marruecos (510 MW CSP y 70 MW PV). La tecnología utiliza un material de cambio de fase fabricado a partir de una aleación de aluminio reciclado como medio de almacenamiento térmico, por un lado utilizando electricidad para calentar el aluminio reciclado a 600 °C mediante un calentador resistivo, y por otro utilizando un sistema térmico solar concentrado que funde la aleación de aluminio con el calor generado por el sistema, almacenando así la energía en forma de calor. Cuando es necesario liberar la energía, la aleación se enfría y se vuelve a solidificar, y el calor liberado se envía al motor para generar electricidad mediante aceite térmico. El calor residual a una temperatura de 65°C también puede venderse a usuarios industriales o a sistemas locales de calefacción urbana.
Sistema de almacenamiento de energía a largo plazo de aluminio fundido
Según Azelio, el proceso tiene una eficiencia de ida y vuelta del 90% cuando se utilizan tanto la electricidad como el calor residual; la tecnología permite almacenar hasta 13 horas de electricidad, puede instalarse modularmente y puede proporcionar calor a demanda, haga frío o calor Puede utilizarse en todas las condiciones climáticas, y se espera que la vida útil del sistema sea de hasta 30 años. Al mismo tiempo, el sistema puede ampliarse de 100 kilovatios a 100 megavatios; y el medio de almacenamiento de aluminio reciclado puede reutilizarse una y otra vez sin que se reduzca su capacidad con el paso del tiempo.
En definitiva, cada vez son más las empresas que se suman al camino de la investigación, el desarrollo y la competencia en tecnología de almacenamiento de energía a largo plazo. Sin embargo, el futuro del almacenamiento de energía a largo plazo sigue necesitando exploración e investigación continuas.
Conocimientos sobre almacenamiento de energía a largo plazo
¿Qué es el almacenamiento de energía a largo plazo?
Hasta ahora, el almacenamiento de energía a largo plazo sigue siendo algo nuevo, y no existe una definición unificada de almacenamiento de energía a largo plazo en todo el mundo. En los últimos años, el almacenamiento de energía a largo plazo comenzó a entrar en la escena pública, y rápidamente desencadenó un auge en la investigación tecnológica y la inversión de capital., el "Issue Brief - Long-duration energy storage" publicado por el Laboratorio Nacional Sandia de Estados Unidos considera que el almacenamiento de energía a largo plazo es una tecnología de almacenamiento de energía con un tiempo de descarga continua no inferior a 4 horas. En los últimos dos años, el Departamento de Energía de Estados Unidos publicará un informe sobre el apoyo al almacenamiento de energía de larga duración, que define el almacenamiento de energía de larga duración como tecnologías de almacenamiento de energía con un tiempo de descarga continua no inferior a 10 horas y una vida útil de 15-20 años. Más estudiosos han publicado artículos en revistas especializadas, en los que se define el almacenamiento de energía a largo plazo como una tecnología de almacenamiento de energía que abarca desde el día hasta la temporada. Para distinguirla del sistema de almacenamiento de energía de 2 horas que se está construyendo actualmente a gran escala en China, algunos profesionales también clasifican las tecnologías de almacenamiento de energía de 4 horas o más como almacenamiento de energía a largo plazo.¿Por qué desarrollar el almacenamiento de energía a largo plazo?
Para responder a esta pregunta, debemos empezar por saber por qué se desarrolla el almacenamiento de energía. Un sistema eléctrico sin almacenamiento de energía es relativamente inestable. Sin embargo, en la actualidad, el sistema eléctrico basado principalmente en la energía térmica sigue contando con un apoyo energético fiable, ya que la energía térmica generada bajo demanda garantiza el funcionamiento del sistema eléctrico. Sin embargo, con la aplicación en profundidad de la política de reducción de emisiones de dióxido de carbono en el futuro, la proporción de fuentes de energía renovables altamente volátiles (principalmente energía solar y eólica) aumentará en cierta medida, y la electricidad escaseará por la noche sin viento y sin luz. Para mejorar la fiabilidad del sistema eléctrico, es imperativo desarrollar el almacenamiento de energía de apoyo. Entonces, ¿por qué desarrollar el almacenamiento de energía a largo plazo? Por ejemplo, si la central hidroeléctrica regula la capacidad de almacenamiento del embalse durante sólo dos horas, la segunda mitad de la noche seguirá pasándose a oscuras; aunque la capacidad de almacenamiento del embalse sea suficiente para diez horas, tendremos que rezar para que el día siguiente sea soleado. O ventoso, si el día nublado sin viento dura dos o tres días, tenemos que preparar un embalse mayor, es decir, un almacenamiento de energía a largo plazo. Por supuesto, el futuro sistema eléctrico también contará con otras fuentes de energía además de la eólica. Teniendo en cuenta las características complementarias de la generación de energía, junto con un almacenamiento de energía a largo plazo de una duración adecuada, el sistema eléctrico se convertirá en una central hidroeléctrica totalmente regulada, que podrá despreocuparse durante todo el año.¿Qué tecnologías de almacenamiento de energía a largo plazo se utilizan en China?
Según el tipo de tecnología, el almacenamiento de energía a largo plazo puede clasificarse en mecánico, electroquímico, térmico y químico. A continuación, presentaremos varias tecnologías de almacenamiento de energía a largo plazo utilizadas habitualmente en China, a saber, el almacenamiento hidráulico por bombeo, las baterías de flujo líquido, el almacenamiento térmico con sales fundidas y el almacenamiento de energía con aire comprimido.Almacenamiento hidroeléctrico por bombeo
El almacenamiento por bombeo tiene dos depósitos, uno superior y otro inferior. Para el almacenamiento de energía, el agua se bombea al depósito superior con energía eléctrica, que se convierte en energía potencial gravitatoria; para la generación de electricidad, el agua se libera al depósito inferior para accionar la turbina, y la energía potencial gravitatoria se convierte en energía eléctrica. Las centrales de acumulación por bombeo tienen una gran escala de construcción y un largo periodo de construcción, pero son capaces de dar más energía al sistema eléctrico. En la actualidad, la capacidad individual de las centrales de acumulación por bombeo es de 300.000 a 400.000 kilovatios, con una capacidad total instalada de 300.000 a 3.600.000 kilovatios, y el tiempo de almacenamiento suele ser de 4-10 horas.Batería de flujo líquido
La batería de flujo líquido se refiere a la colocación del electrolito y la pila eléctrica por separado, y la reacción química reversible se produce cuando el electrolito positivo y negativo fluye a través de la pila eléctrica para realizar la transformación mutua de energía eléctrica y química. El ciclo de construcción de la batería de flujo líquido es corto, y ajustando la capacidad de la pila o del electrolito, se puede amplificar la capacidad de generación de energía y de almacenamiento de energía. La capacidad instalada actual de la batería de flujo es de 10-100MW, y el tiempo de almacenamiento de energía es generalmente de 2-6 horas.Almacenamiento térmico en sales fundidas
El almacenamiento térmico en sales fundidas consigue almacenar energía calentando sales fundidas. En el proceso de liberación de energía, el intercambio térmico de sales fundidas a alta temperatura genera vapor a alta temperatura y alta presión para accionar turbinas de vapor para la generación de energía. El almacenamiento de energía en sales fundidas es a gran escala y tiene una larga vida útil, por lo que en la actualidad se utiliza principalmente en centrales de energía solar térmica de concentración. En la actualidad, la capacidad instalada de almacenamiento en sales fundidas es de 10-100MW, y el tiempo de almacenamiento suele ser de 5-15 horas.Almacenamiento de energía a largo plazo en aire comprimido
El almacenamiento de energía a largo plazo de aire comprimido utiliza generalmente cavernas de sal o contenedores para almacenar aire a alta presión. Durante el proceso de almacenamiento de energía, el compresor comprime y almacena el aire, convirtiendo la energía eléctrica en energía interna del aire; al liberar energía, el aire a alta presión impulsa la turbina para generar electricidad, convirtiendo la energía interna del aire en energía eléctrica. La central eléctrica de almacenamiento de energía a largo plazo de aire comprimido tiene un largo ciclo de construcción y una alta seguridad, lo que pertenece a la tecnología de almacenamiento de energía a largo plazo mecánica. En la actualidad, la capacidad instalada de las centrales de almacenamiento de energía de aire comprimido es de 10-300 MW, y el tiempo de almacenamiento de energía suele ser de 4-10 horas. Además, pueden utilizarse cavernas o contenedores de sal para almacenar hidrógeno y conseguir así un almacenamiento de energía química a lo largo de semanas o incluso temporadas.¿Qué otras tecnologías extrañas de almacenamiento de energía a largo plazo existen?
Muchas tecnologías punteras de almacenamiento de energía a largo plazo se encuentran aún en la fase inicial de I+D y demostración, como el almacenamiento de energía en baterías de hierro-aire, el almacenamiento de energía en rocas calientes, el almacenamiento de energía en baterías de dióxido de carbono, el almacenamiento de energía en aluminio fundido, etc.Almacenamiento de energía a largo plazo en baterías de hierro-aire
Una pila de hierro-aire es un tipo de pila de metal-aire cuyo principio básico se basa en la oxidación reversible (herrumbre) del hierro. Cuando la pila hierro-aire está descargada, el oxígeno del aire hace que el hierro se oxide; cuando se carga, el óxido se reduce a hierro por la acción de una corriente eléctrica. La única sustancia que emite este proceso es oxígeno. Form Energy, la empresa que inventó la tecnología, afirma que un sistema de almacenamiento de energía que utilice las baterías puede durar hasta 100 horas de descarga a un coste comparable al de las centrales eléctricas de combustibles fósiles existentes.Almacenamiento de energía a largo plazo en roca caliente
La empresa de tecnología de almacenamiento está trabajando en una tecnología para almacenar energía eléctrica en forma de calor en piedra, bautizada como GridScale. El almacenamiento de energía GridScale consiste en uno o varios conjuntos de depósitos de acero llenos de roca triturada. La piedra triturada es roca basáltica triturada hasta el tamaño de un guisante y puede soportar calentamientos repetidos. La carga y descarga se realiza mediante un sistema de compresor y turbina que bombea energía térmica de un depósito lleno de piedras frías a otro lleno de piedras calientes. Las piedras del depósito frío se enfrían, mientras que las del caliente se calientan, alcanzando temperaturas de hasta 600 grados Celsius. La energía puede almacenarse en la piedra durante muchos días, y cuando la red necesita electricidad, la energía térmica vuelve del depósito caliente al frío a través de turbinas, produciendo electricidad. Se trata de una solución eficaz de almacenamiento de energía a largo plazo debido a las bajas pérdidas de energía, y el número de tanques de almacenamiento puede seleccionarse en función del tiempo y la capacidad de almacenamiento necesarios.Almacenamiento de energía a largo plazo en baterías de dióxido de carbono
La empresa italiana Energy Dome afirma que sus baterías de dióxido de carbono pueden proporcionar un almacenamiento de energía barato y de respuesta rápida a escala de red. Su principio es similar al sistema de almacenamiento de energía a largo plazo con aire comprimido. El generador comprime el dióxido de carbono en líquido y lo almacena, y guarda el calor residual generado por el gas comprimido; cuando necesita dar apoyo a la red eléctrica, el dióxido de carbono líquido se evapora con el calor residual previamente almacenado para accionar el segundo conjunto de turbinas. Se genera electricidad y el gas de dióxido de carbono se devuelve a la bolsa de aire. Según Energy Dome, la batería de dióxido de carbono de tamaño completo tiene una capacidad de hasta 25 megavatios y almacena de 100 a 200 megavatios hora de energía con un ciclo óptimo de carga/descarga de 4 a 24 horas, lo que la hace ideal para ciclos diarios y diurnos; su eficiencia de conversión alcanza los 75 %, se espera que la vida útil de la batería sea de unos 25 años, y el coste nivelado (LCOS) puede ser tan bajo como $50-60/MWh en unos pocos años. Energy Dome comparó su tecnología con el almacenamiento de energía en aire comprimido (CAES) y en aire líquido (LAES) y llegó a la conclusión de que las baterías de dióxido de carbono tienen entre 10 y 30 veces la densidad de almacenamiento de energía del CAES, aunque sólo dos tercios de la del LAES, Pero no requiere baja temperatura y puede almacenarse a temperatura ambiente.Almacenamiento de energía a largo plazo a partir de aluminio fundido
La tecnología experimental de la empresa sueca Azelio, de almacenamiento de energía a largo plazo a partir de aluminio fundido, se ha instalado en un complejo solar de 580 MW en Marruecos (510 MW CSP y 70 MW PV). La tecnología utiliza un material de cambio de fase fabricado a partir de una aleación de aluminio reciclado como medio de almacenamiento térmico, por un lado utilizando electricidad para calentar el aluminio reciclado a 600 °C mediante un calentador resistivo, y por otro utilizando un sistema térmico solar concentrado que funde la aleación de aluminio con el calor generado por el sistema, almacenando así la energía en forma de calor. Cuando es necesario liberar la energía, la aleación se enfría y se vuelve a solidificar, y el calor liberado se envía al motor para generar electricidad mediante aceite térmico. El calor residual a una temperatura de 65°C también puede venderse a usuarios industriales o a sistemas locales de calefacción urbana.