Almacenamiento de energía térmica
Almacenamiento de energía térmica
La necesidad de recurrir cada vez más a las energías renovables es un tema recurrente en la lucha contra el cambio climático. El último acuerdo de la COP28 lo expresó claramente, pidiendo que se triplicara la capacidad de las energías renovables y se duplicara la mejora de la eficiencia energética para 2030. Se trata de una ambición audaz pero necesaria para acercarse al objetivo de cero emisiones netas en el plazo necesario.
Un tema que a menudo se pasa por alto es cómo gestionar mejor la imprevisibilidad del suministro de energías renovables. Y, cuando se debate, suele centrarse en cuestiones de alto nivel, como la distribución de la red y el suministro nacional de energía. Sin embargo, las ampliaciones de las redes de transporte y distribución de electricidad pueden tardar hasta 15 años en entrar en vigor. Ante la necesidad de actuar de inmediato para limitar el impacto del cambio climático, urge ir más allá de la generación centralizada de electricidad y apostar por la generación localizada de calor.
Los picos y valles de la oferta de recursos eólicos y solares y el considerable aumento de la demanda a medida que se electrifica el calor hacen que tenga sentido buscar oportunidades para nuevas sinergias entre los sectores de la electricidad y la energía térmica.
El almacenamiento de energía térmica (TES de las siglas Thermal Energy Solutions) y otras formas de almacenamiento de energía de larga duración (LDES de las siglas Long-Duration Energy Storage) son dos vías prometedoras para maximizar el potencial de una situación en evolución.
Es evidente la necesidad de adoptar métodos de CTE a medida que avanzamos hacia un futuro más sostenible. Y, a medida que las tecnologías evolucionan para satisfacer esta demanda, merece la pena considerar el impacto más amplio que estas opciones podrían tener en nuestro medio ambiente, más allá de factores como los costes de capital, la eficiencia y la producción de energía. Aquí examinamos dos alternativas y analizamos algunas de estas cuestiones.
ALMACENAR ENERGÍA PARA OBTENER CALOR: PILAS CONVENCIONALES
Hoy en día, las formas más comunes de almacenamiento de energía para el calor son el almacenamiento térmico mediante el almacenamiento de calor sensible y latente utilizando materiales de cambio de fase (Phase Change Materials), y el almacenamiento termoquímico. Las opciones de almacenamiento electroquímico se dividen en dos categorías: condensadores y baterías. Aunque los condensadores ofrecen una mayor eficiencia y vida útil que las baterías, en comparación transportan mucha menos carga por unidad de masa.
Las baterías también han sido objeto de numerosas investigaciones sobre su uso en sistemas de almacenamiento de energía, incluida su integración con sistemas de tecnologías renovables.
Las baterías de litio hierro fosfato (LIPB) han sido objeto de varios estudios que evalúan su uso, por ejemplo en parques eólicos para almacenar energía cuando no sopla el viento. Su eficiencia mejora drásticamente cuando se utiliza más de una batería, lo que permite ciclos completos de carga y descarga.
Otros trabajos se han centrado en mejorar su eficiencia, por ejemplo controlando su temperatura de funcionamiento mediante el uso de esterillastérmicas, o han estudiado su impacto en el medio ambiente a través de evaluaciones del ciclo de vida (LCAs - Life Cycle Assesments).
UNA NUEVA ALTERNATIVA: LA STEAMBATTERY (BATERÍA DE VAPOR)
En Spirax Sarco, junto con nuestros compañeros de Chromalox, hemos desarrollado una forma innovadora de TES: la SteamBattery. Almacena el calor generado por un calentador eléctrico sumergido en forma de agua caliente a alta presión en un recipiente bien aislado.
Cuando se necesita vapor de la SteamBattery, se toma del recipiente a presión, y se utiliza directamente como vapor, o indirectamente a través de un intercambiador de calor para conectar con un sistema de calefacción "húmedo". El vapor condensado se devuelve al recipiente. A medida que se utiliza el vapor, la presión disminuye hasta el punto en que la SteamBattery se descarga por completo.
Se recarga mediante el calentador eléctrico sumergido, que puede utilizar electricidad procedente de fuentes renovables directas o de la red cuando se dispone de suministro de electricidad verde a bajo coste. Puede descargar vapor y cargarse simultáneamente, lo que aporta flexibilidad en su empleo y como almacenamiento intermedio. Capaz de cargarse por completo en 8 horas, puede hacerlo durante la noche.
Considerar el impacto medioambiental en sentido amplio
Utilizando la bibliografía actual sobre los LIPB junto con nuestro modelo, y los estudios existentes para la SteamBattery, nos propusimos comparar el impacto medioambiental de estas dos soluciones de almacenamiento de energía. Existen algunas limitaciones, debidas a los límites establecidos por los estudios del LIPB; en particular, un enfoque "cradle-to-gate" en la evaluación del ciclo de vida, que no tiene en cuenta ni su transporte ni su eliminación al final de su vida útil.
Una vez establecido el límite del sistema, podría evaluarse una serie de impactos ambientales comparativos. Debido a las diferencias en los modelos utilizados entre el estudio del LIPB y el de la SteamBattery, consideramos que 10 de los 18 del estudio del LIPB ofrecían una comparación directa.
Gases de efecto invernadero (GEI):
Estos son los más relevantes para el impacto del cambio climático, y se miden en kg de de dióxido de carbono equivalentes. Los resultados muestran que la SteamBattery emitiría 8,58 kg/1000 kWh de energía almacenada a lo largo de su vida útil, mientras que la LIPB emitiría 16,10/1000 kWh a lo largo de su vida útil. En efecto, la SteamBattery emite la mitad de CO2 que la LIPB durante toda su vida útil.
Efecto sobre los ecosistemas:
Examinamos seis categorías de impacto ambiental, incluidas las que cubren la ecotoxicidad y la eutrofización en entornos marinos y de agua dulce, además de la acidificación y la ecotoxicidad en los terrestres. Tanto en entornos marinos como de agua dulce, la SteamBattery resultó ser un 95% menos impactante en comparación con la LIPB. Esto se debe en gran medida al proceso de fabricación de placas catódicas necesarias para la construcción del LIPB.
Si se observan los impactos terrestres, el panorama es distinto. La producción de dióxido de azufre de la SteamBattery fue un 83% inferior a la de la LIPB. Sin embargo, su equivalente en diclorobenceno era superior al LIPB. Un examen más detallado, considerando las cargas de impacto de ambos productos en las distintas categorías medioambientales, concluyó que se trataba de un área de mejora potencial más que de un defecto grave.
La evaluación destacó además el reducido impacto de SteamBattery sobre los recursos naturales, como los combustibles fósiles y el agua. En particular, las cargas ambientales más elevadas se asociaron predominantemente a la LIPB, sobre todo en ecotoxicidad marina y de agua dulce, mientras que el impacto más significativo de la SteamBattery fue considerablemente menor en ecotoxicidad terrestre..
A medida que crece la necesidad de sistemas de vapor sostenibles, resulta imperativo considerar algo más que evitar los combustibles fósiles. La resistencia y el futuro del planeta dependen de muchos otros factores, entre los que destacan las consideraciones medioambientales.
Este estudio inicial demuestra que siempre debe considerarse un estudio más holístico de las posibles opciones antes de tomar decisiones definitivas.
Fuente:
Borbala Rebeka David, Sean Spencer, Jeremy Miller, Sulaiman Almahmoud, Hussam Jouhara: (Evaluación comparativa del ciclo de vida medioambiental del sistema convencional de almacenamiento de energía y del innovador sistema térmico de almacenamiento de energía, 2021)
Hacia un vapor sostenible
Nuestra necesidad de vapor, en tantos sectores, no ha disminuido. Queremos que su futuro sea positivo para las personas y el planeta. La innovación, la optimización y la mejor gestión del sistema de vapor serán vitales para su futuro sostenible.