¿Existen desventajas de los sistemas de almacenamiento de energía a nivel de red?
Cuando hablamos de energía renovable, siempre hay un elefante en la habitación sobre el cual todo el mundo parece bailar alrededor del - almacenamiento. El almacenamiento de energía a nivel de red suena brillante sobre el papel, y ciertamente es necesario si queremos hacer que la energía eólica y solar funcionen a escala. Pero las desventajas de los sistemas de almacenamiento de energía a nivel de red se acumulan con bastante rapidez una vez que se analizan los folletos de marketing y los subsidios gubernamentales.
Lo primero que te llama la atención es el costo. No solo el gasto de capital inicial, que-es bastante deslumbrante, sino también los costos operativos que siguen sangrando dinero año tras año. Tomemos como ejemplo la reserva de energía de Hornsdale en el sur de Australia - el gran proyecto de baterías de Tesla de 2017 que a todos les encanta citar como una historia de éxito. Claro, estabiliza la red durante eventos de frecuencia, pero el sistema de 150 MW / 194 MWh costó alrededor de 90 millones de dólares australianos (www.abc.net.au). Eso equivale a unos 600.000 dólares por megavatio-hora de capacidad de almacenamiento. Para un sistema que degrada cada ciclo de carga.
Las baterías de iones de litio-, que dominan el mercado de almacenamiento en red en este momento, pierden aproximadamente entre un 2 % y un 3 % de su capacidad cada año solo por el envejecimiento natural, incluso si no se usan mucho. Luego, además de eso, está la degradación del ciclo. La mayoría de los sistemas de baterías comerciales tienen una garantía de alrededor del 80% de su capacidad después de 10 años, lo que significa que básicamente estás pagando por un almacenamiento que se evapora lentamente. La economía solo tiene sentido en casos de uso específicos, como la regulación de frecuencia, donde se le pagan tarifas superiores por tiempos de respuesta de milisegundos.
Las preocupaciones por la seguridad tampoco reciben suficiente atención. Todo el mundo recuerda cuando se incendió la instalación de baterías de Moss Landing en California en 2021. Se trataba de una instalación de 300 MW/1.200 MWh - una de las más grandes del mundo en ese momento - y tuvo que estar cerrada durante meses. Luego se incendió OTRA VEZ en 2022 (www.energy-storage.news). No estamos hablando de pequeños incendios en la cocina. Los fenómenos desbocados térmicos de iones de litio-son increíblemente difíciles de extinguir y liberan gases tóxicos. Básicamente, el departamento de bomberos tiene que dejar que se queme solo y evitar que todo lo demás se enganche.
California ha estado instalando almacenamiento de baterías como loco, pero se están topando con este problema fundamental donde las baterías solo pueden descargarse durante aproximadamente 4 horas a la potencia nominal. Eso está bien para reducir los picos nocturnos cuando la luz solar disminuye, pero es inútil para eventos climáticos de varios-días o variaciones estacionales. Se necesitaría 50-100 veces más capacidad de almacenamiento para soportar períodos nublados de una semana en invierno, lo que hace que la ya cuestionable economía sea completamente absurda.
Permítanme arrojarles algunos números técnicos. Un sistema típico de batería de iones de litio-a escala-de servicios públicos tiene una eficiencia de ida y vuelta de alrededor del 85-90%, lo que suena decente hasta que te das cuenta de que el 10-15% de tu energía simplemente se desvanece en calor. Por cada 100 MWh que almacenas, sólo recuperas entre 85 y 90 MWh. Compare eso con el almacenamiento hidroeléctrico por bombeo con una eficiencia del 70-80%; sí, es más bajo, pero el hidrobombeo puede almacenar energía durante meses sin pérdidas significativas, mientras que las baterías se autodescargan a aproximadamente un 1-3% por mes.
El aspecto medioambiental también se complica. La extracción de litio, cobalto y níquel - no son procesos limpios. Hay un informe de 2020 que muestra que la fabricación de baterías produce importantes emisiones de CO2, en el rango de 60-150 kg de CO2 por kWh de capacidad de la batería, dependiendo de la combinación de energía utilizada en la producción. Si su red sigue funcionando con carbón mientras construye baterías de almacenamiento, básicamente está desplazando las emisiones de carbono en lugar de eliminarlas.
Luego está el problema de la cadena de suministro de materiales. Ya estamos viendo un aumento en los precios del litio, y eso fue antes del aumento masivo-en la producción de vehículos eléctricos. El almacenamiento en red y los vehículos eléctricos compiten por los mismos materiales para baterías, y simplemente no hay suficiente capacidad de producción para satisfacer ambos mercados en las escalas que se están discutiendo. Algunos analistas predicen escasez de litio para 2025 o 2026. Buena suerte construyendo teravatios-hora de almacenamiento cuando no se puedan obtener los materiales.
Las baterías de flujo siguen siendo promocionadas como la solución, pero han estado "a la vuelta de la esquina" durante décadas. La densidad de energía es terrible: - las baterías de flujo de vanadio logran aproximadamente 20-30 Wh/kg en comparación con los 200+ Wh/kg de -iones de litio. Eso significa enormes tanques de solución electrolítica, muchas tuberías que pueden tener fugas, bombas que consumen energía y requieren mantenimiento. Y a pesar de todas las promesas, la base instalada de baterías de flujo a nivel mundial sigue siendo pequeña en comparación con la de iones de litio. Probablemente haya una razón para eso.
La energía hidroeléctrica de bombeo representa aproximadamente el 95% de la capacidad de almacenamiento de la red global en este momento, pero no se puede construir en cualquier lugar. Se necesita la geografía adecuada: - dos grandes embalses a diferentes elevaciones, preferiblemente cerca de la infraestructura de transmisión. Sólo el permiso ambiental lleva años. Cuando Pacific Gas & Electric propuso recientemente una instalación hidroeléctrica de bombeo en California, esperaban entre 8 y 10 años sólo para obtener permisos y estudios ambientales antes de comenzar la construcción. Y eso suponiendo que no haya demandas por parte de grupos ambientalistas preocupados por los hábitats de los peces.
Los desafíos de la integración de la red merecen su propia discusión. Agregar grandes cantidades de almacenamiento requiere actualizar los transformadores, los sistemas de protección y la infraestructura de control. No es plug-and-play. Cuando las baterías se descargan rápidamente, pueden crear problemas en la calidad de la energía - fluctuaciones de voltaje y distorsiones armónicas. La red no fue diseñada para miles de sistemas de baterías distribuidos que se cargan y descargan de forma semi-aleatoria en función de la producción solar y las señales de precios del tiempo-de-uso.
El operador de red CAISO de California ha tenido que desarrollar reglas de mercado y sistemas de licitación completamente nuevos para acomodar el almacenamiento, y todavía están averiguando cómo hacerlo. El almacenamiento puede participar en los mercados de energía, mercados de capacidad y mercados de servicios auxiliares - pero las reglas son diferentes en cada jurisdicción y siguen cambiando. Esa incertidumbre regulatoria hace que sea más difícil financiar proyectos porque los inversores no saben con qué fuentes de ingresos pueden contar.
También existe este extraño problema del huevo-y-la gallina con el almacenamiento y la implementación de energía renovable. Se necesita más almacenamiento para permitir más energías renovables, pero el almacenamiento es caro, lo que encarece el sistema combinado, lo que ralentiza el despliegue de energías renovables. Alemania lo descubrió por las malas - ha instalado cantidades masivas de energía solar y eólica, pero no suficiente almacenamiento, por lo que terminan restringiendo la generación renovable cuando la producción excede la demanda, o encendiendo plantas de combustibles fósiles cuando no sopla el viento.
La cuestión de la esperanza de vida me molesta más que la mayoría de los otros factores. Una central eléctrica de gas natural puede funcionar durante 30-40 años con un mantenimiento regular. Las instalaciones hidráulicas de bombeo duran entre 50 y 100 años. ¿Baterías de iones de litio? Estás considerando entre 10 y 15 años antes del reemplazo, tal vez 20 si los cuidas y no los cargas/descargas por completo. Eso significa reemplazar instalaciones completas de baterías varias veces durante la vida útil de los paneles solares o turbinas eólicas que se supone deben soportar. Los costos del ciclo de vida no cuadran favorablemente.
Y ni siquiera he entrado en los requisitos de uso de la tierra. Las instalaciones de baterías necesitan mucho espacio, edificios con clima-controlado, sistemas de extinción de incendios y vallas de seguridad. Una instalación de baterías de 100 MWh podría ocupar varios acres. Multiplique eso por los cientos o miles de instalaciones de este tipo necesarias para un almacenamiento importante a escala de red-y estará hablando de una gran cantidad de terreno. En lugares como Japón o Singapur, donde la tierra es un bien escaso, esto se convierte en una limitación importante.
Entonces, ¿existen desventajas de los sistemas de almacenamiento de energía a nivel de red? Sí, absolutamente lo hacen. Eso no significa que el almacenamiento no sea necesario o que no debamos construirlo. Pero pretender que los desafíos no existen o que mágicamente se resolverán solos con suficientes subsidios y optimismo es una tontería. Estos son problemas reales de ingeniería, economía y ciencia de materiales que necesitan soluciones reales, no sólo animaciones.