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Energía
Edificio
Los sistemas de almacenamiento de energía se utilizan para almacenar la energía disponible que no se necesita inmediatamente para su uso posterior. Con el almacenamiento, la energía puede utilizarse cuando se necesite. El objetivo es crear un sistema fiable y respetuoso con el medio ambiente. A medida que aumenta la cuota de energías renovables, también lo hace la necesidad de almacenamiento.
Energía asequible y limpia
Industria, Innovación e Infraestructuras
Ciudades y comunidades sostenibles
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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.
Indirectos mediante una mayor integración de las energías renovables:
Producción de energía a partir de combustibles fósiles
Emisiones de carbono
Calidad del aire perjudicial
Dependencia de los combustibles fósiles
Directamente mediante soluciones de almacenamiento
Regulación de tensión y frecuencia
Inestabilidad de la red
Desequilibrios geográficos
Reducción de picos
Eficiencia de las renovables
Índice de utilización de la producción renovable
Beneficios
Los beneficios muestran de forma tangible cómo la aplicación de una Solución puede mejorar la ciudad o el lugar.
El objetivo principal de los Sistemas de Almacenamiento de Energía es facilitar el uso de las energías renovables. Ahorra energía y equilibra así las diferencias en el tiempo de generación y consumo. Aunque es probable que algunos beneficios se cumplan con una implementación básica de la solución, el cumplimiento de los beneficios potenciales depende de las funciones implementadas en un proyecto específico.
Principales beneficios
Mejora de la eficiencia en el uso de la energía
Aumento del autoconsumo fotovoltaico
Reducción de la Demanda
Integración eficiente de las energías renovables
Energía de reserva
Adecuación de recursos
Reducir el uso de fósiles
, Reducir los combustibles fósiles pint
Aumento de la cuota de las energías renovables
Aumentar la autarquía energética
Beneficios potenciales
Permitir nuevas oportunidades de negocio
Mejora la estabilidad de la red
Reducción de la factura energética
Mejorar la calidad de vida
Reducción de la contaminación atmosférica local
Funciones
Las funciones te ayudan a entender lo que los productos pueden hacer por ti y cuáles te ayudarán a conseguir tus objetivos.
Cada solución tiene al menos una función obligatoria, que es necesaria para lograr el propósito básico de la solución, y varias funciones adicionales, que son características que pueden añadirse para proporcionar beneficios adicionales.
Funciones obligatorias
Almacenamiento energía
Almacenamiento térmico o eléctrico para su posterior utilización
Desacoplamiento demanda de producción
Capacidad de almacenamiento suficiente para el desplazamiento en horas punta
Gestión de energía
Capacidad para gestionar la energía en función de la demanda y la producción
Funciones potenciales
Visualizando consumo de energía
Visualización de la demanda de energía del sistema alimentado
Estabilización de microrredes
Contra el aumento de las fluctuaciones de tensión y frecuencia, y el cambio de los patrones de flujo de energía
Control de participación en el mercado de la energía
Control agudo de los periodos de precios de mercado bajos y altos
Variantes
Una variante es generalmente algo que es ligeramente diferente de otras cosas similares. En el contexto de las Soluciones, las variantes son diferentes opciones o posiblemente subcampos/ramas mediante los cuales puede aplicarse la Solución, por ejemplo, diferentes opciones tecnológicas.
Existen distintas posibilidades de clasificar los sistemas de almacenamiento de energía para crear comparabilidad. Las más conocidas son las clasificaciones según las propiedades físicas, energéticas, temporales, espaciales y económicas. La clasificación energética distingue entre las categorías superiores de potencia y energía; la temporal, entre corto y largo plazo; la espacial, entre central, descentralizado, estacionario y móvil; y la económica, entre mercados, costes de capital y costes de funcionamiento. Debido a la popularidad, el elevado número de categorías y la comprensión técnica, los distintos sistemas de almacenamiento se clasifican y explican fisioenergéticamente(Sterner, Stadtler, 2017).
Descripción
Los sistemas de almacenamiento mecánico utilizan la energía que tiene un medio debido a su posición (potencial), velocidad (cinemática) o estado termodinámico (presión). Son principalmente portadores secundarios de energía.
Dado que el uso de energía procedente de fuentes renovables es más económico cuando se utiliza en forma de electricidad, el almacenamiento eléctrico es una opción obvia. La ventaja de no tener que convertir la energía eléctrica en otras formas de energía y, por tanto, poder evitar en algunos casos las elevadas pérdidas por conversión. Esto se ve compensado por la desventaja de las densidades energéticas extremadamente bajas -tanto en volumen como en peso- y los costes exorbitantemente altos (Sterner, Stadtler, 2017). Por este motivo, su aplicación se limita actualmente a nichos de mercado.(Kurzweil, Dietlmeier, 2015)
Los condensadores se utilizan para el suministro descentralizado de corriente de cortocircuito y se emplean en aplicaciones con las mayores exigencias en cuanto a tiempos de reacción (por ejemplo, calidad de la tensión).
Tecnologías de almacenamiento:
Condensadores y bobinas
Almacenamiento de energía magnético superconductor
Almacenamiento de energía mediante supercondensadores
Contexto de la ciudad de apoyo
Almacenamiento a corto y largo plazo
Presencia de activos de generación de energía baja en carbono
Coemplazados con otros activos de generación (fotovoltaica y eólica)
Descripción
Los sistemas de almacenamiento electroquímico constan de electrodos conectados químicamente. La energía eléctrica se transfiere mediante reacciones químicas durante la carga y la descarga. Hay sistemas electroquímicos que sólo pueden descargarse. Se denominan pilas primarias. Los sistemas que pueden cargarse y descargarse repetidamente se llaman pilas secundarias (acumuladores). El almacenamiento químico, en cambio, implica fuentes de energía materiales, como hidrocarburos o sustancias portadoras de energía. La energía puede almacenarse en medios gaseosos (hidrógeno, biogás), líquidos (combustibles como el etileno, el metanol) o sólidos (biomasa, carbón). Los procesos de carga se producen en la naturaleza (fotosíntesis) o se convierten técnicamente (energía a gas, energía a líquido). La descarga se realiza mediante procesos de combustión o conversión de energía térmica en mecánica o eléctrica.
Función: El almacenamiento químico funciona como almacenamiento a largo plazo para el sector energético, pero también como proveedor de combustible para la movilidad y el calor.
Tecnologías de almacenamiento:
Sistemas de almacenamiento en baterías:
Baterías de baja temperatura (baterías de plomo y ácido, baterías de níquel, baterías de litio).
Baterías de alta temperatura (baterías de sodio-azufre)
Baterías con almacenamiento externo (baterías de flujo redox)
Almacenamiento químico:
Almacenamiento químico convencional (petróleo crudo, gas licuado)
Biocombustibles (bioetanol)
Power-to-Gas (almacenamiento de hidrógeno, almacenamiento de metano)
Reutilizar las baterías de los VE para almacenar energía
Solución para reutilizar las baterías de los vehículos eléctricos (VE). Los VE taxi de la empresa privada OU Takso de Tartu se recargarán parcialmente con energía renovable producida in situ con paneles fotovoltaicos y almacenada en baterías de VE usadas, lo que mejorará el rendimiento de las baterías.
Existen tres tipos principales de sistemas de almacenamiento de energía térmica: sensible, latente y termoquímico. Mientras que el almacenamiento de energía sensible funciona mediante un cambio de temperatura, el almacenamiento de energía latente funciona debido a un cambio de fase del material utilizado. En los almacenamientos termoquímicos se utiliza una reacción química con gran energía implicada para almacenar energía. El almacenamiento térmico sensible tiene un alto nivel de desarrollo pero una baja densidad energética y el almacenamiento termoquímico viceversa. El almacenamiento latente está en el medio para ambos parámetros.
Tecnologías de almacenamiento:
Almacenamiento térmicosensible
Sólido
Líquido
Almacenamiento térmico latente
Líquido sólido
Líquido gaseoso
Sólido-sólido
Almacenamiento térmico termoquímico
Sorción
Químicamente reversible
La solución de almacenamiento de sales fundidas, mencionada en la solución de flexibilidad de la red, entra en la categoría de almacenamiento térmico sensible.
Función:
El almacenamiento térmico sensible funciona como almacenamiento de corto plazo a estacional, desde el nivel de baja temperatura para el calentamiento de agua caliente sanitaria hasta el almacenamiento de alta temperatura en la generación de electricidad (sales fundidas para centrales termosolares), aplicaciones móviles y estacionarias.
¿A qué factores de apoyo y características de una ciudad se adapta esta Solución? ¿Qué factores facilitarían la implantación?
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
Predominio de fuentes locales de energía renovable (eólica/solar/CHP operada con energías renovables)
La modernización de la red, como la transición a redes inteligentes, ayuda a integrar los sistemas de almacenamiento de electricidad
Normativas locales que apoyan los sistemas de almacenamiento de energía (ver Iniciativas gubernamentales)
Iniciativas gubernamentales
¿Qué esfuerzos y políticas están llevando a cabo las administraciones públicas locales/nacionales para contribuir a fomentar y apoyar esta Solución?
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
¿Qué partes interesadas hay que tener en cuenta (y cómo) en relación con la planificación y aplicación de esta Solución?
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
¿Cuál es el mercado potencial de esta Solución? ¿Existen objetivos de la UE que apoyen la implantación? ¿Cómo ha evolucionado el mercado a lo largo del tiempo y más recientemente?
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.
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)
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
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
La creación de esta solución ha sido apoyada por la financiación de la UE
Casos de Uso
Explora ejemplos reales de aplicación de esta Solución.
Energía
Movilidad
Reutilizar las baterías de los VE para almacenar energía
Solución para reutilizar las baterías de los vehículos eléctricos (VE). Los VE taxi de la empresa privada OU Takso de Tartu se recargarán parcialmente con energía renovable producida in situ con paneles fotovoltaicos y almacenada en baterías de VE usadas, lo que mejorará el rendimiento de las baterías.
Almacenamiento de energía en el Distrito de Energía Positiva de Espoo
La energía térmica se almacena en el suelo (perforaciones), donde se devuelve el exceso de energía térmica y se almacena en el suelo. Una batería eléctrica en Lippulaiva se utiliza para optimizar el uso de la electricidad y participar en los mercados de reserva de electricidad.
Aproximadamente una cuarta parte del precio de la energía se debe al transporte de la misma. La implantación de un sistema energético local puede desplazar la producción de energía de un sistema centralizado a un sistema descentralizado.
Según la Directiva de Eficiencia Energética de los Edificios (EPBD), los edificios son responsables de aproximadamente el 40% del consumo de energía y el 36% de las emisiones de CO2 en la UE.
La mayor parte de la financiación pública para la eficiencia energética en la UE se propone en el sector de la construcción. Los fondos federales para la eficiencia energética en edificios residenciales sumaron 97 millones de euros en 2019. Un sistema doméstico inteligente es una posibilidad de mejorar la eficiencia energética residencial.
Las VPP son una respuesta al creciente número de recursos energéticos distribuidos (DER) que se abren paso en la red, ya que las VPP permiten agrupar su producción para lograr la flexibilidad y la escala necesarias para comerciar en el mercado de la electricidad, desencadenando ganancias para prosumidores, agregadores y operadores de red.
El suministro de energía a los hogares, los edificios públicos y los servicios representa la mayor parte de las emisiones de GEI en la mayoría de los municipios. Los Sistemas Municipales de Ahorro Energético representan soluciones puntuales para optimizar el consumo de energía.
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