¿Por qué necesitamos almacenar energía térmica?
La energía renovable y el aumento de la electrificación son fundamentales para las estrategias de descarbonización de muchos países, y por una buena razón: necesitamos reducir las emisiones con urgencia y el 90 % de esas reducciones se pueden lograr a través de la eficiencia energética y la electrificación basada en energía renovable. La caída de los precios de la energía renovable también se suma al incentivo.
Sin embargo, la energía renovable fluctúa y, por lo tanto, con la mayor absorción de energía renovable surge una mayor necesidad de almacenamiento de energía para garantizar la disponibilidad de energía limpia cuando no sopla el viento o el sol no está proporcionando energía solar.
¿Cuáles son las alternativas al almacenamiento en baterías?
Si bien la tecnología de almacenamiento en baterías se está desarrollando rápidamente, existen alternativas que ayudan a enfrentar los desafíos de la intermitencia de las energías renovables y la estabilidad de la red, por ejemplo, el almacenamiento de energía térmica.
| En 2020, se redujeron 1,46 TWh de energía eólica debido a la falta de demanda y flexibilidad de la red, equivalente al 4,3% del consumo total de electricidad danés. (Energinet, 2021) |
¿Qué es el almacenamiento de energía térmica?
El almacenamiento de energía térmica significa calentar o enfriar un medio para usar la energía cuando se necesite más adelante. En su forma más simple, esto podría significar el uso de un tanque de agua para el almacenamiento de calor, donde el agua se calienta en los momentos en que hay mucha energía, y la energía se almacena en el agua para su uso cuando la energía es menos abundante. El almacenamiento de energía térmica también se puede utilizar para equilibrar el consumo de energía entre el día y la noche. Las soluciones de almacenamiento incluyen agua o tanques de almacenamiento de hielo granizado, tierra o lecho de roca a los que se accede a través de pozos y grandes masas de agua en las profundidades del suelo.
¿Qué tipos de almacenamiento de energía térmica existen?
Se pueden usar muchas tecnologías diferentes para lograr el almacenamiento de energía térmica y, según la tecnología que se use, los sistemas de almacenamiento de energía térmica pueden almacenar el exceso de energía térmica durante horas, días o meses.
Los sistemas de energía térmica se dividen en tres tipos:
- calor sensible
- calor latente
- termoquímico
El almacenamiento de energía térmica sensible se considera la opción más viable para reducir el consumo de energía y reducir las emisiones de CO2. Utilizan agua o roca para almacenar y liberar energía térmica. Este tipo de almacenamiento de energía térmica es más aplicable para edificios residenciales.
Los sistemas de almacenamiento de calor latente almacenan energía sin que el medio cambie de temperatura, sino que depende del estado cambiante de un medio. Se han desarrollado los llamados "materiales de cambio de fase", que pueden almacenar calor en su masa como calor latente. Estos materiales se usan comúnmente en aplicaciones solares y materiales de construcción, donde absorben y almacenan el exceso de calor del edificio.
Los sistemas de almacenamiento de calor termoquímicos, por otro lado, se basan en reacciones químicas.
Tres ventajas clave del almacenamiento de energía térmica
El almacenamiento de energía térmica puede:
- Reducir la demanda pico y nivelar la demanda almacenando energía cuando haya menos demanda y liberándola cuando haya mucha demanda.
- Reducir las emisiones de CO2 y los costes asegurándose de que la energía se use cuando sea más barata y haya más energía renovable en la mezcla.
- Aumentar la eficiencia energética global de los sistemas energéticos.
- El almacenamiento de energía térmica también es una parte clave de los sistemas de reducción de picos, en los que la energía fuera de los picos se utiliza para impulsar bombas de calor que pueden producir calor o frío producidos por energía eléctrica más barata y calor residual de fuentes industriales para equilibrar las cargas del sistema de energía.
Uso de sistemas de district energy para el almacenamiento térmico
El desafío con la electricidad renovable intermitente es hacer coincidir el suministro de energía con la demanda de energía. Entonces, ¿qué haces cuando el sol no brilla o el viento no sopla? Hay periodos con mucha demanda de potencia pero sin viento, mientras que en otros momentos habrá mucho viento, pero sin demanda. Esto pone una seria tensión en los sistemas de energía. Para lidiar con el exceso de generación de energía, es necesario detener algunas turbinas eólicas o desarrollar nuevos modelos de uso de electricidad que no se suman a la demanda tradicional. Los análisis muestran que la solución óptima, tanto en términos de coste como de eficiencia energética, es canalizar el exceso de generación de electricidad hacia los sistemas de district energy.
Los sistemas modernos de district energy tienen una infraestructura térmica flexible donde las fuentes de energía disponibles se pueden "enchufar". La energía, en forma de agua fría o caliente, se puede distribuir a los edificios a través de una red de tuberías para su uso inmediato o almacenarse en depósitos térmicos para su uso posterior. La energía térmica se puede almacenar durante unas pocas horas o días, por ejemplo en depósitos de almacenamiento de calor, o durante varios meses en grandes fosas u otras instalaciones de almacenamiento. De esta manera, el sistema de district energy puede proporcionar flexibilidad al sistema energético de dos maneras: proporcionando almacenamiento y permitiendo el cambio entre diferentes fuentes de energía, por ejemplo, bombas de calor a gran escala, calor residual, almacenamiento térmico solar y geotérmico.
¿Cómo se puede utilizar un supermercado para el almacenamiento térmico?
Un supermercado tiene una gran capacidad térmica debido a la cantidad de alimentos que hay que refrigerar o congelar. En efecto, esto significa que un supermercado tiene el potencial de convertirse en una "central eléctrica virtual" simplemente ajustando su consumo de electricidad.
La mayoría de los supermercados son administrados energéticamente por un controlador central conectado a múltiples vitrinas refrigeradas para controlar los niveles de temperatura.
Un supermercado puede optar por bajar la temperatura de sus congeladores cuando la energía es abundante en la red. Esta energía se almacena luego en los productos congelados. Cuando el suministro de energía es más bajo o la demanda es más alta, el supermercado puede volver a subir la temperatura ligeramente, y de manera segura, usando menos energía.
La digitalización es importante para maximizar el potencial del almacenamiento de energía térmica
La digitalización es una de las principales claves para desbloquear el potencial de sistemas energéticos más eficientes, resilientes y sostenibles desde el punto de vista energético. En el sector de la calefacción y la refrigeración, las tecnologías digitales ayudarán a gestionar los sistemas de district energy cada vez más complejos que se están creando mediante la integración de una multitud de fuentes de energía intermitentes renovables y bajas en carbono, así como la conexión de infraestructuras térmicas y eléctricas.
Esta es la razón por la que la digitalización es tan importante para el almacenamiento eficiente de energía térmica: mediante el uso de sensores, IoT e IA, es posible predecir de manera inteligente el suministro y la demanda de energía, la participación de las energías renovables en la combinación energética, más los precios de la energía y la capacidad de ajustar el uso de energía. y el uso del almacenamiento de energía térmica en consecuencia.
¿Qué hay que hacer para acelerar el almacenamiento de energía térmica?
- Un marco regulatorio debe respaldar la creación de sistemas de energía descentralizados que fomenten la integración de sistemas y el uso de calor residual, bombas de calor, sistemas inteligentes de calefacción y refrigeración y almacenamiento de energía.
- Debe alentarse la incorporación de la integración sectorial en otras políticas y marcos, ya que la mayoría de las políticas climáticas y energéticas son específicas del sector y no apoyan la interacción entre sectores.
- Necesitamos asegurarnos de que los precios de la electricidad reflejen la combinación energética para fomentar la adopción de energías renovables, por ejemplo, a través de la fijación de precios del CO2.
- Debemos asegurarnos de que el precio de la energía incentive o recompense el almacenamiento de energía. Por ejemplo, la electricidad debería ser más barata cuando hay mucha energía renovable y más cara cuando no la hay, y debería ser atractivo almacenar y vender energía a la red.
Preguntas frecuentes sobre el almacenamiento de energía térmica
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