A medida que más estados en los EE. UU. Presionan por una mayor dependencia de la energía renovable variable en forma de energía eólica o solar, el almacenamiento de energía a largo plazo puede desempeñar un papel importante para garantizar la confiabilidad y reducir los costos de electricidad, según un nuevo artículo publicado por investigadores de Caltech.
por el Instituto de Tecnología de California
Estudiante graduado Jackie Dowling, que trabaja en el laboratorio de Nathan Lewis (BS ’77), el profesor L. Argyros y profesor de la química George, ha colaborado con Ken Caldeira, del Instituto Carnegie para la Ciencia y otros para examinar la energía – de almacenamiento de opciones y múltiples décadas de datos sobre la disponibilidad de energía eólica y solar. Dowling y sus colaboradores determinaron que la tecnología de baterías actualmente disponible es prohibitivamente cara para los servicios de almacenamiento de energía a largo plazo para la red eléctrica y que las tecnologías alternativas que pueden almacenar desde unas pocas semanas hasta un mes de energía durante temporadas enteras o incluso varios años pueden ser la clave para construir sistemas de electricidad renovable asequibles y fiables.
El almacenamiento de energía es necesario con energía renovable porque la energía eólica y solar no están disponibles de manera tan confiable como los combustibles fósiles. Por ejemplo, la energía eólica suele estar en su nivel más bajo durante el verano en los Estados Unidos, que es cuando la red eléctrica se ve más afectada por la demanda de aire acondicionado en hogares y empresas.
«Esta investigación está motivada por el hecho de que las leyes en varios estados han exigido sistemas de electricidad 100 por ciento libres de carbono para mediados de siglo», dice Dowling, autor principal de un artículo sobre el trabajo. «Dentro de estos mandatos, muchos estados incluyen requisitos para la energía eólica y solar . Tanto la energía eólica como la solar varían de un día a otro, o incluso de un año a otro, pero una alta confiabilidad es obligatoria para un sistema eléctrico viable. El almacenamiento de energía puede llenar por las brechas entre la oferta y la demanda «.
Dowling analizó los sistemas de almacenamiento de corta duración, como las baterías de iones de litio , y los métodos de almacenamiento de larga duración, como el almacenamiento de hidrógeno, el almacenamiento de aire comprimido y la hidroelectricidad de almacenamiento por bombeo.
To see how to optimize the use of those storage technologies at the lowest energy cost, Dowling built a mathematical simulation of each and incorporated historical electricity-demand data and four decades of hourly resolved historical weather data across the contiguous U.S. The Macro Energy Model, as she calls it, reveals that adding long-duration storage to a wind-solar-battery system lowers energy costs. In contrast, using batteries alone for storage makes renewable energy more expensive.
Dowling dice que el gasto adicional asociado con las baterías se produce porque no pueden almacenar de manera rentable suficiente energía para una temporada completa durante la cual se genera electricidad en cantidades menores. Eso significa que una red eléctrica requeriría muchos paneles solares o turbinas eólicas más costosos para compensar y daría lugar a un desperdicio de equipos de generación de electricidad durante gran parte del año.
La tecnología de baterías disponible en la actualidad ni siquiera está cerca de ser rentable para el almacenamiento estacional, dice Dowling.
«La enorme caída de la energía eólica en el verano en los EE. UU. Es problemática y las baterías no son adecuadas para llenar ese vacío. Por lo tanto, si solo tiene baterías, debe aumentar la capacidad eólica o solar en exceso», dice. «El almacenamiento de larga duración ayuda a evitar la necesidad de sobreconstruir la infraestructura de generación de energía y proporciona electricidad cuando la gente la necesita en lugar de solo cuando la naturaleza la proporciona. Con los costos de la tecnología actual, el almacenamiento en cavernas subterráneas de hidrógeno verde generado por electrólisis del agua supondría un costo: enfoque eficaz para el almacenamiento en red de larga duración «.
Otros investigadores han construido modelos de energía renovable, pero el enfoque basado en datos del equipo es el primero en incorporar cuatro décadas de datos históricos de variabilidad solar y eólica, teniendo en cuenta la variabilidad de un año a otro y los episodios periódicos de eventos climáticos raros que afectan la generación de energía. como sequías eólicas y solares.
«Cuantos más años de datos utilizamos en nuestros modelos, mayor es la necesidad imperiosa de almacenamiento a largo plazo para obtener la confiabilidad que esperamos de un sistema eléctrico», dice.
Dowling sugiere que sus hallazgos pueden ser útiles para los formuladores de políticas en estados con leyes de electricidad 100 por ciento libres de carbono y altos mandatos de energía eólica / solar, y para otros estados de EE. UU. Que estén considerando la adopción de leyes similares. En el futuro, planea ampliar su investigación para analizar en profundidad las funciones que pueden desempeñar tipos específicos de almacenamiento de energía, como el hidrógeno o las baterías de flujo redox, en los sistemas de energía renovable. Por ejemplo, algunos tipos de baterías podrían servir efectivamente como almacenamiento de energía de duración media, dice.
El documento, titulado «Papel del almacenamiento de energía de larga duración en los sistemas de electricidad renovable variable «, aparece en la edición de septiembre de Joule .
