Almacenamiento de energía
El
almacenamiento de energía servirá como reserva de electricidad que sea
alternativa al uso de energía producida por combustibles con emisión de gases
de efecto invernadero, las alternativas de almacenamiento de energía varía de
conformidad con el desarrollo tecnológico, sin embargo, es innegable que ha
cobrado mayor importancia el almacenamiento de energía.
El actual desarrollo de las energías renovables
implica la generación de energía usando fuentes renovables. Muchas de ellas
tienen comportamiento aleatorio, como, por ejemplo: la velocidad del viento
sobre las turbinas eólicas, la radiación solar en las fuentes fotovoltaicas, la
altura de las olas del mar en las fuentes mareomotrices, entre otros. Las
fuentes renovables están conectadas a las redes eléctricas o microrredes de
electricidad. Pero la disponibilidad aleatoria de la energía primaria da como
consecuencia períodos con exceso y deficiencia de energía. Esto ha llevado a
que se desarrollen diferentes formas para almacenar la energía sobrante a fin
de utilizarlo cuando sea necesario y las condiciones de operación del sistema
eléctrico lo permitan.[1]
Las aplicaciones que involucran distintos tipos
de energía y su almacenamiento son parte del desarrollo tecnológico que
involucra esta área del conocimiento hacia la utilidad de la energía eléctrica,
así como de la protección del medio ambiente, es por ello que dentro de las
características de este tipo de desarrollo tecnológico se encuentran:
• Servirán como una “reserva de electricidad”
de mucho mayor capacidad que cualquier reserva de combustibles fósiles.
• Estabiliza la red de distribución y transmisión.
• Permite un uso más eficiente de la generación
existente.
• Hace viable económicamente las energías
renovables.
• Sirve como un amortiguador de precios, es
decir, es un elemento para suministrar energía cuando los costos de
electricidad son altos, como por ejemplo, en las horas punta.
• Reduce o disminuye la necesidad de instalar
nuevas generadoras.
• Realiza un seguimiento de la carga,
alternando la respuesta ante variaciones entre el suministro de electricidad y
de demanda.
• Permite tener una capacidad de reserva.
• Realiza un soporte de estabilidad de voltaje.
• Realiza también un soporte y mejor
performance de los sistemas de transmisión y distribución.
• Da una asistencia a lo que es la integración
de fuentes solares y eólicas reduciendo la volatidad de la salida y su
variabilidad, mejorando la calidad de la energía, reduciendo los problemas de
congestión, entre otras.[2]
Las técnicas de almacenamiento varían en cuanto
a la disponibilidad en tiempo puesto que a largo plazo una de las técnicas
utilizadas es el almacenamiento en subsuelo no saturado y es ahí donde otras
estrategias en relación con la temporalidad se relacionan con baterías ya que
este recurso ofrece aplicaciones en cuanto a la velocidad y particularidades de
energía, las instalaciones y la red se condicionan propiamente por la
tecnología, el mercado, la empresa que presta el servicio, la regulación legal
de este proceso entre otros aspectos a tomar en consideración.
Emisiones de gases de efecto invernadero
La
contaminación del medio tiene diversas manifestaciones de la actividad de los
seres humanos, uno de ellos es el gas de efecto invernadero, el cual se define
como:
Gases
integrantes de la atmósfera, de origen natural y antropogénico, que absorben y
emiten radiación en determinadas longitudes de ondas del espectro de radiación
infrarroja emitido por la superficie de la Tierra, la atmósfera, y las nubes.
Esta propiedad causa el efecto invernadero. El vapor de agua (H2O), dióxido de
carbono (CO2), óxido nitroso (N2O), metano (CH4), y ozono (O3) son los
principales gases de efecto invernadero en la atmósfera terrestre. Además
existe en la atmósfera una serie de gases de efecto invernadero totalmente
producidos por el hombre, como los halocarbonos y otras sustancias que
contienen cloro y bromuro, de las que se ocupa el Protocolo de Montreal. Además
del CO2, N2O, y CH4, el Protocolo de Kiyoto aborda otros gases de efecto
invernadero, como el hexafluoruro de azufre (SF6), los hidrofluorocarbonos
(HFC), y los perfluorocarbonos (PFC).[3]
El
dióxido de carbono es uno de los gases comunes e importante en el sistema
atmósfera-océano-tierra, asociado a actividades humanas y relacionado con el el
calentamiento global después del vapor de agua. El metano es un elemento que se
encuentra en la atmósfera y que ha duplicado la carga del metano que ha
contribuido con el forzamiento radiactivo directo debido a emisiones
atmosférica de gases de efecto invernadero directos.
Energías renovables y el almacenamiento de energía eléctrica.
La
energía es la capacidad que tienen los cuerpos para producir trabajo: trabajo
mecánico, emisión de luz, generación de calor, etc. La energía puede
manifestarse de distintas formas: gravitatoria, cinética, química, eléctrica,
magnética, nuclear, radiante, etc., existiendo la posibilidad de que se
transformen entre sí, pero respetando siempre el principio de conservación de
la energía.
Prácticamente
toda la energía de que disponemos proviene del Sol. El Sol produce el viento,
la evaporación de las aguas superficiales, la formación de nubes, las lluvias,
etc. Su calor y su luz son la base de numerosas reacciones químicas
indispensables para el desarrollo de los vegetales y de los animales, cuyos
restos, con el paso de los siglos, originaron los combustibles fósiles: carbón,
petróleo y gas natural”.[4]
“A
nivel mundial, la mayor parte de la energía consumida se dedica a la producción
de electricidad y al transporte, sector este último que muestra una tendencia
al alza, creciendo porcentualmente cada año.
En
España el transporte representa alrededor del 40% del consumo de energía
primaria y la electricidad algo más del 20%. El resto del consumo se distribuye
entre el sector doméstico y los sectores productivos. Estos porcentajes son
parecidos en casi todos los países desarrollados. En las islas Canarias estas
cifras varían algo respecto a la media nacional, debido fundamentalmente al
impacto del transporte marítimo y aéreo, al poco peso específico de la
industria y a una mayor contribución del sector turístico. Se dedica aproximadamente
un 24% de la energía primaria a la producción de electricidad y más del 72% al
transporte (del cual alrededor de un 35% se dedica al transporte terrestre).
Estas cifras varían considerablemente si se estima sólo el mercado interno, que
es aquel que no contempla el transporte externo a las islas, como el aéreo y el
marítimo”.[5]
“El
desarrollo sostenible ha sido definido por la Comisión Mundial para el
Medioambiente y el Desarrollo de la ONU como “aquel desarrollo que satisface
las necesidades del presente sin poner en peligro la capacidad de las
generaciones futuras para satisfacer sus propias necesidades”. Esta opción se
basa en la idea de que es posible conservar el capital natural y cultural de un
territorio sin comprometer su desarrollo presente y futuro. El mantenimiento
del sistema energético actual durante un plazo de tiempo de una o dos
generaciones es, simplemente, insostenible porque:
·
Está
agotando las reservas de combustible.
·
Contribuye al efecto
invernadero.
·
Contribuye
a la contaminación local y a la lluvia ácida.
·
Contribuye a la deforestación.
· Origina riesgos para la paz mundial”.[6]
Tecnologías de almacenamiento
Los
sistemas de almacenamiento de energía se abordan a través de distintos
mecanismos como lo son las baterías, biomasa, volante de inercia, hidrógeno
entre otros que necesita clasificarlos en distintos sistemas de funcionamiento,
para lo cual se presenta el siguiente método:
•
Químico
o
Hidrógeno.
o
Biocombustible.
o
Nitrógeno Líquido.
o Oxyhydrogen.
o
Peróxido de Hidrógeno.
•
Biológico.
o
Almidón (Starch).
o
Glucógeno.
•
Electroquímico.
o
Baterías.
o
Flow Battery.
o
Cédulas de Combustible.
•
Eléctrico.
o
Capacitor.
o
Supercapacitor.
o
Almacenamiento de Energía Magnética por Superconductividad (Superconducting
Magnetic Energy
Storage
– SMES).
•
Mecánico.
o
Almacenamiento de Energía por Aire Comprimido (Compressed Air Energy Storage –
CAES).
o
Almacenamiento de Energía en Volantes de Inercia (Flywheel).
o
Acumuladores Hidráulicos.
o
Almacenamiento de Energía Hidroeléctrica.
o
Spring.
o
Energía Potencial Gravitatoria.
•
Térmico.
o
Almacenamiento de Energía Térmica.
o
Molten Salt.
o
Acumulación Freática (Seasonal Thermal Store).
o
Acumulador de Calor (Storage Heater).
o Acumulador
de Vapor (Steam Acumulator).
o
Sistemas Eutécticos (Eutectic System).
•
Temporal
o De
corto plazo.
o De largo plazo.
Baterías
El
sistema de almacenamiento de energía de conformidad con la tecnología a emplear
tiene particulares características que se relacionan con los sistemas de
distribución, material utilizado en sus componentes y parámetros de uso.
Se trata de todos los tipos de baterías que se
tienen produciéndose comercialmente en la actualidad. Pero se inicia con una
teoría básica detrás de la operación de las baterías. En el cual se trata los
efectos de factores tales como el acople de materiales, composición de electrolito,
concentración y temperatura sobre la performance de la batería y también se
discute en igual detalle factores tales como el efecto de la variación de la
descarga sobre la capacidad de las baterías, incluye también discutir la
termodinámica básica involucrada en las baterías y de describe varios aspectos
de las baterías primarias y secundarias, como seleccionar el tipo de batería,
dar información sobre las características de performance de los varios tipos de
baterías y destacar los parámetros que son importantes a tener en cuenta en las
baterías, entender los métodos prácticos para la determinación de las
características de performance de todos los tipos de baterías, detalle de los
procesos de caga, así como un amplio muestreo de las actuales aplicaciones
tales como vehículos de propulsión, dispositivos de carga y microelectrónica y
aplicaciones en computadoras, entre otros. Se prevé en esta parte el realizar
procesos de simulación como parte del curso focalizándose principalmente en las
tecnologías por ejemplo las de litio. [7]
El continuo avance en el desarrollo de energías
renovables en todo el mundo permite encontrar los mecanismos de generación y
almacenamiento de la electricidad para satisfacer la demanda y propiciar
cambios en la estructura de funcionamiento de diversas áreas de la actividad
humana.
[1] Mirez, Jorge. (2013)
Sistemas de almacenamiento de energía. Universidad Nacional de Ingeniería. XIX Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente Perú. Pág. 2.
[2] Mirez, Jorge. (2013)
Sistemas de almacenamiento de energía. Universidad Nacional de Ingeniería. XIX Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente Perú. Pág. 2.
[3] Greenfacts. (2020) Gas
de efecto invernadero. Recuperado https://www.greenfacts.org/es/glosario/ghi/gas-efecto-invernadero.htm en linea. Consultado
el 15 de septiembre de 2020.
[4] Schallenberg, J., Piernavieja, G., Hernández, C., Unumuzaga, P y otros. (2008)
Energía renovables y
eficiencia energética. Instituto Tecnológico de Canarias. Canarias. Pág. 18.
[5] Ibid.
[6] Ob.cit. Pag. 19-20
[7] Mirez, Jorge. (2013)
Sistemas de almacenamiento de energía. Universidad Nacional de Ingeniería. XIX Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente Perú. Pág. 6.
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