Combinaciones tecnológicas: hibridación y almacenamiento
A lo largo de este documento se ha hecho referencia en repetidas ocasiones a los principales inconvenientes que presentan ciertas fuentes de energía renovable: su aleatoriedad y/o discontinuidad. De este modo, la solar sólo está disponible durante las horas en que es de día, la eólica cuando hay viento y la hidroeléctrica en épocas de abundancia de agua. Esto unido a que el consumo de electricidad tampoco se hace de manera continua sino que hay horas, días y épocas del año en los que se consume más que en otros, hace muy conveniente que algunas instalaciones incorporen hibridaciones con otra fuente energética permanentemente disponible y/o sistemas de almacenamiento energético que las hagan más eficientes.
Así, para que una instalación de producción energética alcance niveles adecuados de eficiencia será necesario ajustar la generación a la demanda, y en el caso de ciertas renovables esto sólo se consigue mediante hibridación o almacenamiento.
En cuanto a la hibridación, el sistema de apoyo que cubre las carencias de disponibilidad de la fuente renovable, puede estar alimentado con combustibles fósiles. Aunque no es lo más deseable, puede pensarse que al menos se está reduciendo considerablemente el consumo de estas energías al estar combinadas con otras de origen renovable. De hecho, en los últimos años ha adquirido especial importancia en este sentido el gas natural, como la menos contaminante de las fuentes convencionales.
Sin embargo, en los casos de hibridación obligada debe buscarse siempre la solución 100% renovable, y si en vez de utilizar combustibles fósiles para alimentar el sistema de apoyo pudiera emplearse otra fuente renovable como la biomasa, debe elegirse siempre esta última opción.
En este sentido, las modernas plantas solares termoeléctricas están comenzando a implantar sistemas híbridos en los que la biomasa aparece como energía complementaria almacenable, usándose el gas natural únicamente como ajuste adicional para cubrir los posibles fallos de suministro y mejorar el rendimiento del conjunto. En este sentido, estas plantas están incorporando sistemas de cogeneración, para producir simultáneamente calor y electricidad, en búsqueda del máximo rendimiento energético para la instalación.
Debido a todo lo anterior, para decidir el tamaño y la localización de una central solar termoeléctrica no habrá que considerar solamente las horas de sol al año que recibe el lugar, sino también la disponibilidad del combustible de apoyo y la curva de demanda energética local o regional.
Del mismo modo, el almacenamiento de energía es fundamental para el funcionamiento eficiente de un sistema de producción energética. La radiación solar o el viento no se pueden almacenar por lo que, al margen de la hibridación, el concepto de reservorio al que se hace referencia aquí es el correspondiente al almacenamiento en forma de energía térmica o química.
Además de la transmitancia, la toxicidad de la sustancia y el coste del sistema, uno de los factores clave en el almacenamiento es la cantidad de energía acumulable por unidad de volumen (MJ/m3 o kWh/m3), ya que cuanto mayor sea esta relación mayor capacidad de almacenamiento se tendrá para una misma superficie (los depósitos o baterías deberán ocupar el mínimo espacio posible).
Un sistema de almacenamiento asociado a una fuente renovable, puede diseñarse para alcanzar diferentes objetivos específicos no incompatibles entre sí:
1. Proporcionar estabilidad al funcionamiento de la planta: mediante la previsión de sistemas de almacenamiento de capacidad relativamente pequeña que sin embargo permitan dar una respuesta rápida.
2. Hacer una central programable: la capacidad de programar una instalación de este tipo, es un factor diferencial positivo y fundamental, porque permitiría desplazar en el tiempo la generación energética a momentos en que la demanda fuese mayor o la producción fuese más ventajosa (en numerosos países el sistema tarifario hace más conveniente producir electricidad para su venta a determinadas horas del día).
3. Aumentar el factor de capacidad: supone dar continuidad suficiente a la producción como para reducir considerablemente el número de arranques y paradas, alargando la vida útil de determinados equipos.
Para el diseño y dimensionado de un reservorio de energía deben enfrentarse la capacidad de almacenamiento deseada con el coste que supone obtenerla. La capacidad suele medirse en horas de funcionamiento de la instalación a potencia nominal, y según ésta los sistemas de almacenamiento pueden clasificarse en:
1. Almacenamiento a largo plazo: están basados en el empleo de energía química como método de reserva y están muy escasamente desarrollados. Pueden almacenar la energía durante semanas e incluso meses.
2. Almacenamiento a medio plazo: pueden basarse en almacenamiento en forma de calor sensible o latente, el primero hace referencia a la variación de energía interna de un sistema como consecuencia de una variación de temperatura sin cambio de fase, el segundo es también una variación de energía interna pero como consecuencia de un cambio de fase, el almacenamiento por calor sensible requiere mucho más volumen que por calor latente. El almacenamiento a medio plazo suele rondar capacidades de almacenaje cercanas al funcionamiento de la planta a potencia nominal durante varias horas y actualmente presenta ya cierto nivel de desarrollo, aunque aún no ha sido totalmente comercializado. Se usa para compensar las variaciones en períodos temporales de uno a varios días.
3. Almacenamiento a corto plazo: se utilizan para compensar estados de insuficiencia transitoria en el suministro. Suelen ser de pequeña capacidad, cubren la demanda durante unas pocas horas, y pueden considerarse demostrados a escala real.
Por último se van a enumerar los principales factores técnicos a tener en cuenta a la hora de diseñar un sistema de almacenamiento o reserva energética:
1. Alta densidad energética de la sustancia o material de almacenamiento.
2. Buena capacidad para la transferencia energética.
3. Estabilidad mecánica y química de la sustancia de almacenamiento.
4. Compatibilidad química entre fluidos y materiales de almacenaje o contención.
5. Reversibilidad en los ciclos de carga y descarga.
6. Minimización de pérdidas.
7. Facilidad de control.
Finalmente cabe señalar que aunque el almacenamiento térmico está más desarrollado en aquellas instalaciones que lo permiten (solares termoeléctricas o de biomasa), a más largo plazo el almacenamiento químico puede ser muy atractivo por lo que conviene dedicarle esfuerzos de I+D, y en esta línea se van a tratar en el siguiente tema las características que definen al sistema de almacenamiento energético mediante pilas de combustible.
