Sistemas de almacenamiento de energía

Descripción

La demanda mundial de energía ha aumentado considerablemente en la última década, debido al crecimiento económico, el aumento de la población y la industrialización de los países en desarrollo. Esta demanda de energía debe satisfacerse de la forma más estable y sostenible posible, utilizando energías renovables(Proton OnSite, 2016).

La generación variable de electricidad es un fenómeno común cuando se trata de recursos renovables, como el viento y el sol. Así, puede haber un desajuste entre la energía generada y los patrones de consumo, lo que hace que la energía no se produzca necesariamente en el momento en que se necesita. Además, debido a la generación descentralizada y generalizada de energía por fuentes renovables, la energía no se produce necesariamente en lugares con demanda.

Los sistemas de almacenamiento de energía desacoplan la producción y el consumo de energía y, por tanto, pueden ayudar a equilibrar el sistema almacenando la energía disponible en ese momento, que no se necesita inmediatamente, para su uso futuro(Métodos de control distribuido y cuestiones de ciberseguridad en las microrredes, 2020).

Problemas por resolver

Indirectos mediante una mayor integración de las energías renovables:

Directamente mediante soluciones de almacenamiento

Contexto de la ciudad

La composición del precio de la electricidad puede influir en el rendimiento económico de un sistema de almacenamiento de energía.

Las normativas legales tienen una gran influencia y pueden promover o inhibir los sistemas de almacenamiento en países, regiones y ciudades.

Dado que el almacenamiento de electricidad está relacionado principalmente con las energías renovables, la proximidad a una central de energías renovables garantiza un enfoque holístico para maximizar el ahorro de emisiones dentro de los límites trazados. Por ejemplo, la electricidad generada por un aerogenerador o un sistema fotovoltaico puede almacenarse en un sistema de almacenamiento.

Factores de apoyo

1. Predominio de fuentes locales de energía renovable (eólica/solar/CHP operada con energías renovables)
2. La modernización de la red, como la transición a redes inteligentes, ayuda a integrar los sistemas de almacenamiento de electricidad
3. Normativas locales que apoyan los sistemas de almacenamiento de energía (ver Iniciativas gubernamentales)

Iniciativas gubernamentales

El rendimiento económico de muchas tecnologías de generación y almacenamiento de energía depende en gran medida del marco normativo, especialmente en lo relativo a impuestos y gravámenes. La política climática y las implicaciones del precio del CO2 tienen el potencial de impulsar las tecnologías de bajas emisiones de carbono. Entonces, el precio del derecho de emisión se añade a los costes variables de cada una de las tecnologías basadas en los fósiles. Por ejemplo, varios países europeos tienen un impuesto sobre el carbono. Portugal, Suecia, España y Polonia son sólo algunos ejemplos(taxfoundation, 2020).

Ha habido varias iniciativas de la UE sobre baterías, como Batteries Europe, la acción SET Plan, los proyectos BRIDGE sobre baterías o el proyecto BATSTORM(Comisión Europea, 2020).

La mayoría de los países de la UE carecen de un mecanismo de apoyo específico para los sistemas de almacenamiento de energía, aunque algunos han puesto en marcha medidas específicas. En Alemania, por ejemplo, existe un programa de subvenciones para la distribución de sistemas de almacenamiento en batería. Su objetivo es garantizar que los sistemas fotovoltaicos solares aporten un mayor beneficio al sistema general, suavizando su exportación. Aunque algunas soluciones de almacenamiento de energía son comercialmente viables sin subvenciones, los proyectos de mayor infraestructura, como las centrales de almacenamiento por bombeo a gran escala, tienen actualmente dificultades para atraer inversiones debido al alto riesgo de ingresos(cms, 2018).

Mapeo de las partes interesadas

Mapa de las partes interesadas Almacenamiento de energía

Mapa de las partes interesadas en un sistema de almacenamiento de energía (BABLE, 2021)

Potencial del mercado

Existen muchas proyecciones sobre el futuro mercado del almacenamiento de energía. Algunas de ellas difieren significativamente, pero en todas las proyecciones se puede encontrar una afirmación: el mercado del almacenamiento de energía crecerá. Un estudio de Deloitte (2018) identifica varios impulsores de este crecimiento:

• Disminución de los costes de las tecnologías de almacenamiento
• Mejora del rendimiento
• Aumentará la modernización de la red y su complejidad
• Se instalarán más energías renovables (de regionales a globales)
• Participación de los sistemas de almacenamiento en los mercados mayoristas de electricidad
• Se establecerán incentivos financieros que apoyen el uso de tecnologías de almacenamiento
• Aumentarán los incentivos para el autoconsumo de la electricidad producida.
• Aumento del deseo de autosuficiencia (autarquía energética), resiliencia o independencia entre los consumidores
• Normativas y políticas nacionales que promueven soluciones de almacenamiento para hacer frente a retos específicos, como la dependencia de las importaciones, colmar lagunas en la combinación de generación, avanzar hacia objetivos medioambientales y de descarbonización.
• Es probable que el almacenamiento de energía también se beneficie de amplios mandatos políticos relacionados con la urbanización y los objetivos de calidad de vida en los países en desarrollo.

En 2019, la demanda mundial de sistemas de almacenamiento de energía ascendió a 194,32 GW(Previsiones por regiones y segmentos, 2020). Según Bloomberg NEF, el mercado de almacenamiento de energía crecerá acumulativamente hasta 943 GW o 2.857 GWh en 2040. De 2018 a 2040, se invertirán 620.000 millones de dólares en almacenamiento de energía. Para 2040, se espera que el almacenamiento de energía crezca hasta representar el 7% de la capacidad total de electricidad instalada en el mundo. Al principio, gran parte del almacenamiento de electricidad se instalará detrás del contador, pero a mediados de la década de 2030, se espera que la mayor parte del almacenamiento esté en el sector a escala de servicios públicos. La evolución del mercado en los distintos países puede verse en la siguiente figura(BloomberggNEF, 2018).

Figura: Despliegue acumulativo mundial de almacenamiento proyectado por países 2018-2030(Deloitte, 2018)

Estructura de costes

Los costes de las capacidades de almacenamiento son cruciales para un sistema energético basado en porcentajes significativos de energías renovables. La siguiente figura presenta una visión general con los precios específicos por kWh de diversas tecnologías de almacenamiento de electricidad en los últimos años. Se incorporan los sistemas de baterías, las tecnologías de energía a X (electrólisis en color marrón) y las centrales de almacenamiento por bombeo (hidroeléctrica bombeada en color amarillo) como la solución más utilizada actualmente. La dependencia entre el precio y la capacidad instalada acumulada se muestra en los ejes horizontales. Así, puede observarse una correlación entre la capacidad instalada y la reducción de costes.

Figura: Curvas de experiencia de los costes y la capacidad instalada acumulada de diferentes tecnologías de almacenamiento eléctrico(Schmidt, Hawkes, Gambhir y Staffell, 2017)

Además de la reducción histórica de los costes específicos de las capacidades de almacenamiento eléctrico, se esperan nuevas reducciones de costes. Los estudios proyectan que el coste nivelado de los almacenamientos (Levelised Cost of Storages, LCoS) se reducirá al menos entre un tercio y la mitad para 2030 y 2050. Además, se prevé que el ion de litio será probablemente más rentable para casi todas las aplicaciones de baterías estacionarias a partir de 2030(Schmidt, Melchior, Hawkes y Staffell, 2019). El efecto de la reducción de costes no se debe únicamente a la economía de escala, sino también al nivel de madurez de las tecnologías. En la siguiente figura se ofrece una proyección sobre el desarrollo de las LCoS.

Figura: Proyección de los costes futuros de las tecnologías de almacenamiento eléctrico(Schmidt, Hawkes, Gambhir y Staffell, 2017)

Modelos operativos

Modelo de funcionamiento de un sistema de almacenamiento de energía (BABLE, 2021)

Requisitos legales

A nivel de la UE

• 2009, 2013 - fomento del uso de energía procedente de fuentes renovables(Diario Oficial de la Unión Europea, 2009)(Comisión Europea, 2013)
• 2016 - Paquete "Energía limpia para todos los europeos" - entre otras cosas, se pasa a la energía limpia y se abren los mercados de la electricidad al almacenamiento de energía (Comisión Europea, 2017)
• 2017 - Almacenamiento de energía - el papel de la electricidad (Comisión Europea, 2017)
• 2018 - Directiva relativa al fomento del uso de energía procedente de fuentes renovables(Diario Oficial de la Comisión Europea, 2018)
• 2019 - Directiva sobre el diseño del mercado de la electricidad (refundición): pretende reducir los obstáculos al almacenamiento de energía, y ordena la contratación no discriminatoria y competitiva de servicios de equilibrio y normas justas en relación con el acceso a la red y la tarificación (Diario Oficialde la Comisión Europea, 2019)
• 2020 - Propuesta de Reglamento del Parlamento Europeo y del Consejo relativo a las pilas y baterías usadas: parte del Pacto Verde Europeo (Comisión Europea, 2020), estado febrero de 2021: Parlamento Europeo, 2021

Francia (Norton Rose Fullbright, 2019)

• Ley de Transición Energética: establece ambiciosos objetivos para 2030 en materia de energías renovables en Francia, el almacenamiento de energía como una necesidad para alcanzar los objetivos de la política medioambiental

Países Bajos(Norton Rose Fullbright, 2019)

• Ley neerlandesa sobre el clima
• Acuerdo sobre el Clima