Sin almacenamiento, no puede haber una transición energética efectiva.
por Frank Thelen | 29.03.2020
El cambio energético es un asunto que le interesa a Freigeist.
Salvar nuestro planeta mediante la innovación tecnológica es una de las principales áreas de inversión de Freigeist. Además de las soluciones novedosas en el ámbito de la movilidad, como Lilium Aviation, llevamos bastante tiempo analizando todo el sector energético: empezando por los enfoques innovadores de la producción de energía y terminando con el almacenamiento de energía, así como la gestión eficiente de la misma.
El consumo mundial de energía ha aumentado drásticamente en las últimas décadas y se espera que aumente otro 30% para 2040. Las razones son el aumento de la población, la creciente tecnologización y el incremento de la urbanización. Se espera que el consumo de electricidad, en particular, aumente drásticamente en los próximos años, representando el 40% del crecimiento del consumo de energía final para 2040.
El impacto de nuestro creciente consumo de energía en el clima es dramático y ya estamos empezando a ver lo que el cambio climático significa para los ecosistemas, las economías y las sociedades.
Tenemos que darnos cuenta por fin de la magnitud de este problema y encontrar formas de reducir las emisiones de carbono y detener el cambio climático. Un factor crucial para ello y para un futuro sostenible es la transición energética, la transición a las energías renovables.
Por qué necesitamos almacenamiento?
Las fuentes de energía renovables, como la eólica y la solar, son muy "limpias", pero siguen teniendo lo que Bill Gates denominó "problema de fiabilidad". Las condiciones meteorológicas fluctúan. El viento para las turbinas eólicas sopla independientemente de la demanda de electricidad y el sol para la energía solar también brilla o no, independientemente de cuándo sea la mayor demanda de electricidad. En consecuencia, el suministro de energía eólica y solar también es volátil y, por tanto, "poco fiable".
Por lo tanto, necesitamos tecnologías que permitan la flexibilidad para satisfacer la demanda de forma fiable las 24 horas del día con electricidad procedente de fuentes renovables. Un enfoque prometedor es el almacenamiento de energía, que es ideal para equilibrar las fluctuaciones en el suministro de energía de las energías renovables.
Un estudio reciente estima que se necesitarán unos 15.000 TWh de capacidad de almacenamiento de energía para 2050 si queremos pasar a una energía 100% renovable en todo el mundo. Para Europa, la capacidad de almacenamiento necesaria sería de unos 2.250 TWh. La mayor parte de la capacidad restante necesaria provendría del noreste de Asia (unos 5.000 TWh) y del sur de Asia (unos 3.000 TWh). Aunque probablemente sea difícil realizar una transición del 100% a las energías renovables, la capacidad de almacenamiento necesaria es enorme.
En 2015, sin embargo, la capacidad mundial de almacenamiento fue de solo 29 TWh, en su mayoría procedentes de centrales de bombeo. Esto es sólo el 0,2% de lo que necesitaremos en 2050.
Existen diversas áreas de aplicación para el almacenamiento de energía, de las cuales las dos más importantes son la integración de las energías renovables y las aplicaciones de estabilidad de la red.
El almacenamiento de energía permite integrar las energías renovables
La energía solar y la eólica son volátiles en diferentes momentos del día y del año. El fenómeno diario de que las horas de mayor demanda de electricidad y las horas de mayor generación a partir de renovables no coinciden se conoce, entre otras cosas, como la "curva del pato californiano". Mientras que la generación de energía solar es más alta hacia el mediodía, la demanda de electricidad es mayor en las horas de la tarde.
La "curva del pato californiano" muestra la demanda neta de electricidad procedente de fuentes no renovables en California, en función de la hora del día, si la demanda de electricidad procedente de fuentes renovables (en este caso la energía solar) se inyecta completamente en la red. Se observa que la demanda de electricidad procedente de fuentes no renovables desciende mucho en torno a las horas del mediodía, ya que la generación a partir de la energía solar es entonces muy elevada. En general, esto muestra el peligro de la sobreproducción en las horas del mediodía cuando se observa la oferta total. A partir de las 15.00 horas, se observa un aumento muy pronunciado de la demanda de electricidad procedente de fuentes no renovables, que alcanza su punto máximo en las horas de la tarde. Cuanto mayor sea la cuota de energía solar, más pronunciado será este aumento repentino de la demanda de electricidad procedente de otras fuentes en las últimas horas de la tarde. Este cambio abrupto en la demanda de electricidad y, en consecuencia, en el suministro de energía en muy poco tiempo para satisfacer el cambio en la demanda es extremadamente estresante para la red eléctrica.
El almacenamiento de electricidad puede ayudar a suavizar la curva del pato californiano, como se muestra en la figura 2. Para ello, almacenan la electricidad durante las horas del mediodía, cuando la generación solar es alta y la demanda es baja, y la trasladan a las horas de la tarde, cuando la demanda es alta y la generación solar es muy baja o inexistente. Esto suaviza la curva y reduce el aumento repentino de la demanda de generación de energía no renovable durante las últimas horas de la tarde.
Fuente de datos: Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar et al. (2018).
Los datos del Instituto Fraunhofer sobre el mercado eléctrico alemán muestran que la generación de electricidad a partir de fuentes eólicas y solares no sólo fluctúa a diario, sino que también es muy variable a lo largo de las semanas y las estaciones.
De 2008 a 2018, la cuota de energía eólica y solar creció del 8,3% al 28,8%. Esto supone un aumento de 3,5 veces en 10 años.
La integración de estas energías renovables volátiles es cada vez más importante y adquiere mayor urgencia con el aumento de la cuota de energía eólica y solar en Alemania.
Solo en 2017, Alemania exportó al extranjero electricidad que habría bastado para abastecer a 15,4 millones de hogares durante un año.
Una práctica habitual para los días de producción (demasiado) elevada es actualmente el llamado "derating", en el que se desconectan temporalmente las centrales o se regula su producción, por ejemplo para evitar una sobrecarga de la red eléctrica.
Otra opción, a la que también se recurre a menudo, es la exportación de electricidad, pero esto supone una carga para las redes eléctricas de los países vecinos y afecta a sus precios de electricidad. Ninguna de estas opciones es especialmente útil cuando se trata de alcanzar los objetivos climáticos de forma sostenible.
El almacenamiento de electricidad puede eliminar la necesidad de restringirla, así como la exportación de electricidad, ya que el excedente de electricidad podría almacenarse fácilmente para su uso posterior.
Solo en Alemania, en 2017 se redujeron 5,5 TWh de electricidad procedente de fuentes renovables y se exportaron aproximadamente 77 TWh. Para dar un ejemplo y una idea de los números: Un hogar de 4 personas en una casa unifamiliar consume entre 4 y 5 MWh al año. Esto significa que la electricidad exportada podría haber suministrado electricidad (gratuita) a 15,4 millones de hogares en Alemania durante un año. En cambio, exportamos la electricidad a precios predominantemente negativos. En otras palabras, pagamos a otros para que compren nuestra electricidad, mientras que los hogares tienen que pagar precios de electricidad cada vez más altos.
Además, en los días en que la generación de electricidad a partir de fuentes renovables es baja, se encienden las centrales de carga máxima. Se trata de centrales eléctricas que sólo se utilizan unos pocos días al año y que suelen tener unos costes marginales muy elevados que se repercuten en forma de precios más altos de la electricidad. Además, suelen funcionar con recursos finitos. En Alemania, la carga máxima de 82 GW se cubre principalmente con centrales de gas, carbón y nucleares, y también se suele utilizar como argumento contra una rápida eliminación del carbón. El almacenamiento de electricidad puede allanar el camino hacia la eliminación del carbón y la transición energética, ya que ofrece una solución más sostenible que estas centrales de pico y las sustituye por completo a largo plazo.
El almacenamiento de energía alivia nuestra red y favorece su estabilidad
Pero las instalaciones de almacenamiento de electricidad también son necesarias y extremadamente útiles desde la perspectiva de los operadores de la red.
Al reducir la carga del sistema en las horas punta, pueden prolongar la vida de la red sin desperdiciar electricidad.
Además, contribuyen a garantizar una calidad de la energía elevada y constante: un desajuste entre la oferta y la demanda puede tener un impacto negativo en la calidad de la energía. Esto puede provocar inestabilidades en la red y también posibles daños en los dispositivos finales. Un ejemplo que probablemente resulte familiar a la mayoría de los alemanes son los relojes que se estropean. Estos relojes utilizan la frecuencia de 50 Hz para medir el tiempo. Debido a las fuertes fluctuaciones de la red eléctrica, la tensión puede desviarse, provocando un mal funcionamiento de los relojes.
Sin embargo, las fluctuaciones de tensión pueden solucionarse fácilmente si la fuente de alimentación puede responder a ellas. El almacenamiento de energía puede proporcionar soluciones para esto que son mucho más baratas que las opciones actualmente en uso.
Además, el almacenamiento de electricidad puede utilizarse para mitigar los efectos del retraso de las inversiones en la ampliación de la red. Alemania tiene previsto ampliar su red eléctrica en 7700 km. De ellos, se han construido hasta ahora 1050 km, menos del 14%. La inversión necesaria se estima en 50.000 millones de euros. En 2018, se construyeron 150 km nuevos, lo que es simplemente demasiado poco.
En combinación con la creciente demanda de electricidad, esto provoca cuellos de botella en el suministro de algunas zonas. Esto no sólo es malo para la fiabilidad y la calidad del suministro eléctrico, sino también para la propia red.
Por ello, los sistemas de almacenamiento de electricidad pueden allanar el camino a las energías renovables al suavizar las fluctuaciones diarias, semanales y estacionales. Pueden hacer innecesarias las restricciones y sustituir a las centrales de carga máxima. Además, pueden aumentar la estabilidad y fiabilidad de la red y prolongar su vida útil.
Kraftblock, la primera solución de almacenamiento económica y ecológica
En Freigeist Capital llevamos años analizando el almacenamiento de electricidad y comparando las soluciones de almacenamiento disponibles. Sin embargo, hasta ahora los sistemas de almacenamiento disponibles no eran especialmente duraderos ni ecológicamente sostenibles debido a sus limitados ciclos de carga. Además, las soluciones de almacenamiento, como las baterías, son extremadamente caras y tanto el medio ambiente como la población local se ven afectados por la extracción de las materias primas necesarias.
En Kraftblock hemos encontrado por primera vez una solución duradera, ecológicamente sostenible, económicamente viable y escalable. Por eso hemos invertido.
Kraftblock es un sistema de almacenamiento de energía modular y escalable con capacidades que van de 4 MWh a 10.000 MWh. Su innovadora tecnología la hace mucho más barata que las actuales baterías de iones de litio y más limpia, ya que no tiene impacto medioambiental: Está fabricado con un 85% de material reciclado y casi un 100% de recursos ilimitados en comparación con los recursos disponibles de forma crítica, como el cobalto. Además, el material de almacenamiento es 100% reciclable. Además, tiene una vida útil prácticamente infinita y no contiene sustancias tóxicas. Debido a sus costes de almacenamiento muy favorables, de 1 a 4 céntimos/KWh, no sólo es ecológico y sostenible, sino también muy económico.
La característica especial de Kraftblock es el granulado de almacenamiento, que puede conservar temperaturas extremadamente altas de hasta 1300 grados en un espacio muy reducido. La densidad de almacenamiento es de 3 a 10 veces superior a la de otros sistemas de almacenamiento térmico comparables y la elevada temperatura de almacenamiento permite una regeneración extraordinariamente eficaz de la electricidad. Todas estas ventajas hacen de Kraftblock una solución extremadamente asequible y sostenible que puede satisfacer la necesidad de almacenamiento de energía para permitir una transición energética exitosa.
La transición a las energías renovables es inevitable si queremos limitar el daño que el creciente consumo de electricidad está causando a nuestro medio ambiente y al clima. De lo contrario, sentiremos los efectos del aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero en forma de cambio climático, que nos afectará como sociedad, economía e individuos.
La energía solar y la eólica son "limpias", pero están sujetas a grandes fluctuaciones porque el sol y el viento no se pueden controlar. Por lo tanto, necesitamos el almacenamiento de energía para garantizar un suministro eléctrico fiable con fuentes de energía renovables. Kraftblock ofrece una solución ideal para ello y es, por tanto, un paso importante en nuestro camino hacia un futuro con un suministro de energía sostenible y fiable.