Como ya hemos comentado en artículos anteriores, la implementación de energías alternativas que permitan el autoconsumo a nivel nacional está en pleno apogeo. Fuentes como la solar, la eólica y la geotérmica han ayudado a muchos países, incluyendo a España, a impulsar el sector eléctrico e industrial.
Basándonos en datos estadísticos de la Fundación Naturgy podemos afirmar que solo para el año 2019 la producción de energía renovable en España alcanzó un 40% del total. Este es un dato verdaderamente significativo para un país que fijado como objetivo promover el desarrollo pleno del potencial de autoconsumo energético en un plazo de 10 años.
Para seguir profundizando en el tema, es importante no perder de vista una alternativa que complementa perfectamente a otras tecnologías de generación renovable, el uso de baterías térmicas.
Hablemos de baterías térmicas
Mientras que una batería de litio acumula energía eléctrica para usarse en cualquier momento, una batería térmica es un sistema que permite almacenar energía térmica (calor) y liberarla cuando sea necesario para producir electricidad, sin depender de la presencia de luz solar para hacerlo.
Este método utiliza el calor de la energía solar térmica concentrada mientras el sol no brille para hacer funcionar una turbina y así producir electricidad, es decir, es una batería que permite aprovechar la energía solar durante la noche.
Esta reciente e innovadora alternativa es parte del sistema de energía solar concentrada o CSP (del inglés: Concentrated Solar Power) desarrollado por la Universidad Curtin junto a United Sun Systems e ITP Thermal.
Su propósito es desarrollar un sistema de energía solar capaz de generar electricidad en todo momento y de manera comercialmente viable para la industria.
¿Cómo funcionan las baterías térmicas?
Las baterías térmicas constan de dos partes fundamentales: un dispositivo para almacenar el calor, hecho de hidruro metálico o carbonato metálico de alta temperatura, y un dispositivo de almacenamiento de gas de baja temperatura, en el cual se guarda el hidrógeno o el dióxido de carbono.
Dicho gas se libera en las noches o mientras el sol no brille para ser absorbido por el metal a alta temperatura, y producir así el calor que luego es utilizado para la generación de electricidad.
Desarrollar una nueva tecnología que integre esta forma de almacenamiento de energía termoquímica en un sistema de plato parabólico puede suministrar hasta 46 kW de potencia, muy útiles a nivel residencial e industrial.
Incluso es excelente para impulsar industrias remotas que demandan grandes cantidades de energía, como la minería, ya que provee potencia a demanda. Además, el ciclo de vida útil de una batería térmica ronda desde los 30 a los 50 años.
Creación y sostenibilidad de las baterías térmicas
Su función es transformar la electricidad fotovoltaica geotérmica o incluso la eólica en calor para almacenar los excedentes mientras no se utilizen, y luego convertirlo de nuevo en electricidad cuando lo demande el sistema.
La rotunda bajada de precios de la energía fotovoltaica y eólica ha hecho que una parte de la comunidad científica se planteara esta idea que, hasta hace muy poco, no tenía mucho sentido. Según las leyes básicas de la termodinámica se podría pensar que este proceso ofrecería una eficiencia no mayor al 50%.
Sin embargo, una investigación publicada en la revista Applied Energy y realizada por el Instituto de Energía Solar de la Universidad Politécnica de Madrid (IES-UPM), junto a la Universidad Politécnica de Catalunya (UPC), demuestra que esta idea podría ser rentable solo si se usan baterías térmicas de alta temperatura.
La frenética búsqueda de sistemas de almacenamiento de energía a bajo costo es uno de los grandes retos a futuro. Por eso, la clave para entender las ventajas del método de almacenaje de energía en forma de calor con otras formas de almacenamiento energético se centra principalmente en la inversión económica para la implementación del sistema.
Alejandro Datas, miembro del IES-UPM y autor principal del estudio afirma en dicha publicación que, si la electricidad es lo suficientemente barata, almacenar esta energía en forma de calor para luego transformarla nuevamente en electricidad puede ser más rentable que reservarla en baterías electroquímicas. Y es que, aunque estas últimas sean mucho más eficientes, el sistema de baterías térmicas es 100 veces más económico.
Además, indica que un sistema de autoconsumo fotovoltaico residencial que use baterías térmicas podría representar un ahorro de hasta un 70-80% en electricidad y unos 15-20% en calefacción. A su vez, evitaría las grandes emisiones de CO2 por vivienda y por año.
Se estima que la rentabilidad de esta técnica puede ser mayor si se aplica en mayor proporción, como en centro comerciales, fabricas u hospitales, donde los ahorros obtenidos a gran escala permitan reducir los costos de sistemas y de generación fotovoltaica.
Proyecto europeo Amadeus: una alternativa rentable
Desde el 2017, científicos del proyecto Amadeus, junto a otros siete centros de investigación europeos han empezado a dar los primeros pasos para fabricar este tipo de baterías.
Su misión es crear el primer prototipo a escala, así como también investigar sobre nuevos materiales y dispositivos que permitan almacenar la energía a temperaturas muy elevadas (1000 a 2000°C). En detalle, se estudiarán distintos tipos de aleacionesmetálicas de silicio y boro, que funden a temperaturas superiores a los 1385°C y que permitirían almacenar entre 2 y 4 MJ/kg.
Por último, también se desarrollará un nuevo concepto patentado por investigadores de la IES-UPM, que combina los efectos fotovoltaicos y termiónicos para lograr una conversión directa eficiente del calor a electricidad.
A diferencia de las maquinas térmicas convencionales, este concepto no requerirá contacto físico de una fuente térmica. Aparte de poder trabajar con temperaturas muy elevadas, estos artefactos también ayudarán a depreciar y a simplificar drásticamente el sistema, ya que no requiere de ningún fluido caloportador, ni de intercambiadores de calor o tuberías que, al día de hoy, vienen siendo parte del gran coste de estas instalaciones.
La Comisión Europea ha tomado la decisión de que, una vez terminado el proyecto, se financiará un estudio de mercado para analizar su posible explotación comercial.
Impacto de las baterías térmicas
Según el estudio mencionado previamente, almacenar energía fotovoltaica o eólica en forma de calor no solo permitirá un ahorro sustancial del costo de la acumulación y la satisfacción de las grandes demandas de calor mediante fuentes renovables; este tipo de sistema también sería clave para reducir la dependencia de los combustibles fósiles del sector eléctrico y térmico.
En la actualidad, el autoconsumo fotovoltaico puede transformarse en uno de los motores económicos de España, ayudando en la recuperación tras la crisis de la COVID-19.
Al momento de esta emergencia sanitaria, este sector energético proporcionaba empleos directos, indirectos e inducidos a unas 60.000 personas. Sin duda, un proceso de transición ecológico puede y debe ser la principal palanca para la creación de riquezas y empleo en diferentes zonas de España, contribuyendo así a la reactivación de las economías locales.
Beneficios del uso de las baterías térmicas
Las baterías térmicas son una fuente de energía excepcionalmente confiable y su implementación trae consigo grandes beneficios que hacen que su consideración sea cada vez mayor. Entre estos destacan:
- Vida útil muy elevada, capaces de funcionar de 30 a 50 años.
- Estas baterías son capaces de soportar ciclos más de 3000 ciclos de carga y descarga, manteniendo el 100% de su rendimiento.
- Almacenar energía en forma de calor es 100 veces más barato que hacerlo en baterías electroquímicas.
- Las baterías térmicas son capaces de producir hasta 45 kW de potencia.
- A nivel residencial podrán proporcionar ahorros de hasta un 70-80% en electricidad, y unos 15-20% en calefacción.
- Implementar un sistema de autoconsumo fotovoltaico con baterías térmicas podría ser vital para el mundo entero, ya que permitiría dejar a un lado la dependencia de combustibles fósiles empleados en los sectores eléctricos y térmicos.
- Es una energía muy limpia que evita grandes emisiones de CO2 al ambiente.
Las energías renovables son el presente y el futuro del autoconsumo. La apuesta total en estas alternativas no solo es más segura y estable para el planeta, también lo es para la economía global.
Greenpeace afirma que solo en España, un sistema basado mayormente en fuentes limpias para 2030 crearía más de 3 millones de puestos de trabajo, aumentaría en dos puntos anuales el PIB y reduciría el coste energético en un 34% respecto a 2012.
Es necesario continuar invirtiendo para impulsar la sostenibilidad, priorizar las alternativas verdes y luchar contra la dependencia de las energías contaminantes.
