La baterías para almacenar energías alternativas ya tienen varios años en el mercado, sin embargo, a pesar de sus bondades, el costo no ha permitido que esta clase de productos se masifiquen en América Latina. por Duván Chaverra A.
El almacenamiento energético aparece como una alternativa entre la demanda de energía y la capacidad de transformación de la misma. Existen en el mercado diferentes soluciones, a pequeña, mediana y gran escala que permiten almacenar la energía en todas sus formas. Sin embargo, en América Latina su uso es poco, principalmente por el costo. Para profundizar sobre este tema invitamos a René Ruano Domínguez, un profesional con más de 35 años de experiencia en sistemas y equipos energéticos y quien ha realizado múltiples trabajos en proyectos, ejecución y servicios de Ingeniería Energética General. El invitado hablará sobre los diferentes tipos de baterías disponibles para este fin, las ventajas y desventajas, así como la implementación de estos sistemas en América Latina. - ¿Qué ventajas y desventajas presentan los sistemas de almacenamiento de energía?
El balance entre la demanda y el suministro energético siempre ha sido un problema complicado en todas partes y que ha tenido fuerte repercusión tanto en los costos energéticos como en la eficiencia de los sistemas de generación, transformación, distribución y uso de la energía, inclusive, en las emisiones generadas a causa de la energía fósil. Las ventajas: Si almacenamos la energía limpia y la podemos liberar sectorialmente o lo más cerca del consumidor a las horas de mayor demanda, entonces los kWh limpios podrían sustituir los kWh sucios y reducir las capacidades de generación a las horas pico, los costos, las emisiones de CO2, las pérdidas en transmisión, transformación y distribución. Esta es la razón esencial de acumular energía y las ventajas de su explotación y diversificación. En el sector de HVAC son conocidas las instalaciones para la acumulación de frío cómo una manera de administrar energía, usando tanques o contenedores de agua helada, empleando polialcoholes (etilenglicol) o mediante hielo. Lamentablemente no es un sistema barato, de ahí que no esté difundido, pero sí es muy ventajoso. En este caso desplazamos los kWh que más cuestan, los de la hora pico, por los kWh que menos nos cuestan, los consumidos en la madrugada. Además, al liberarse los kWh pico se reducen en la red las pérdidas de distribución y transformación, así como de la generación, en caso que estos kWh hayan sido generados por Plantas Picos de baja eficiencia. El hidro bombeo o aire comprimido se utiliza en gran escala para acumular la energía limpia, sea generada por una fuente hidráulica, eólica o solar, aunque las razones son diferentes: a) En la generación hidráulica (hidroeléctricas), acumulamos de madrugada el kWh
hidráulico. A esas horas la generación sobrepasa la demanda. La energía almacenada
se entrega en las horas en que la demanda sobrepasa la generación.
b) Si la generación es mediante paneles o concentradores solares, acumulamos
energía en el día para entregarla de madrugada en las horas sin sol.
c) En la generación eólica, acumulamos energía durante la madrugada o el día, para
entregarla a las horas de mayor demanda o cuándo no sople el viento. En el caso de mediana y pequeña escala, para sistemas fotovoltaicos residenciales, comerciales, acumular la energía solar es ventajoso, pues asegura entregas a horas nocturnas o días sin sol. Las desventajas: Puedo resumirlas en medioambientales, principalmente. Los grandes embalses o represas a niveles sobre los generadores hidráulicos pueden impactar negativamente el ecosistema. Por eso las inversiones de este tipo requieren de estudios profundos de este tema. Otra desventaja es que estas inversiones son a gran escala, muy costosas y de gran volumen financiero, muy propia de economías desarrolladas o en proceso desarrollo.
- ¿Estas baterías generan contaminación?
En algunos tipos (menciono la de mayor presencia, plomo – ácido), sus materiales pueden contaminar el medio ambiente, pero con el desarrollo de la industria de reciclaje, estos problemas se han atenuado y depende mucho del cuidado personal o el interés individual o empresarial de proceder con Buenas Prácticas. Muchos países han establecido sus propias regulaciones que controlan el desorden, la contaminación del espacio de trabajo y de la naturaleza. - ¿Por qué en América Latina no es masivo el uso de la energía solar?
La causa principal es el precio. Es lamentable que no se pueda extender rápidamente estas aplicaciones en nuestros países, espero que pronto esta realidad cambie. En muchos países de América Latina, por no decir en todos, la energía solar puede jugar un papel estratégico de desarrollo sostenible. Hay muchas regiones por electrificar, grandes extensiones difíciles de acceder por redes eléctricas. Crear centros generadores de electricidad renovable de pequeña y mediana escala, sin necesidad de extender las redes de transmisión eléctricas, es una solución práctica y que puede llevar la electricidad a cualquier lugar, con un impacto social y medioambiental significativo. - ¿Por qué es costoso instalar un sistema de producción de energía solar residencial, comercial o empresarial?
Decía antes que aún estos sistemas no tienen plazos de recuperación atractivos, principalmente para los bolsillos pequeños o de mediana capacidad. Se necesita la voluntad y las ayudas gubernamentales para que el mecanismo de mercado funcione. En EE.UU. se impulsa la introducción de estas tecnologías con ayudas federales y aún así, al hacer las cuentas, el retorno no es nada estimulante. Es importante destacar lo siguiente: el precio que se ha establecido históricamente para los portadores energéticos de origen fósil, en el mercado internacional, es contradictorio con el análisis económico financiero de las inversiones de sustitución de los mismos y con su naturaleza contaminante. La estructura de formación de estos precios toma en cuenta abaratarlos lo más posible o subsidiarlos, para evitar colapsos sociales y frenos al desarrollo. Es una contradicción del mercado mundial, va más allá de la voluntad que todos tenemos de ir a la energía limpia, a su sustitución rápida. Por lo tanto, estamos facilitando el aumento continuado de las emisiones de CO2 a la atmósfera. No hay freno posible. - ¿Cuál es la vida útil de las baterías?
Depende de su tecnología y la práctica de su operación. De Plomo- Ácido tiene una corta vida: unos 3 ó 4 años. En la práctica, hay que ir sustituyéndolas en unos 4 años. Las tubulares duran hasta 8 años. En las nuevas tecnologías encontramos datos que prometen hasta 20 años, para las baterías de Vanadio (Redox) y nuevos sistemas. - ¿Cuál es la capacidad de almacenamiento de las baterías vs. la capacidad necesaria en un hogar?
Es un estimado. La autonomía del sistema decide y pesa en el valor de la inversión inicial. La autonomía equivale a los días que queremos asegurar electricidad renovable, considerando días nublados, lluviosos o de falta del Sol. En los sistemas aislados, donde no llega la red eléctrica, se asumen una cantidad mayor de días de autonomía. Tomaremos dos días como factor de autonomía. En la medida que el factor lo asumamos mayormente, más seguridad habrá, pero más baterías y con ello, será más costoso el sistema. Este dato decide a la hora de dimensionar el banco de baterías. La carga eléctrica instalada promedio que puede tener un hogar pequeño, típico, sin considerar aire acondicionado, micro wave, (incluyendo lavadora, electrodomésticos, iluminación), puede ser del orden de 1.000 Watt en CA. Ese hogar típico pudiera consumir unos 5.000 Wh/día, entre 150 y 200 kWh por mes.
El consumo se realiza entre unas 8 y 10 horas diarias y es variable. Con esa información base puede estimarse el tamaño y monto de la inversión inicial. El pago de la factura de este consumidor puede estar en el orden de US$20.00 a US$40.00 pensando en un precio del kWh promedio entre US$0.13 y US$0.20. Considerando unas 5 horas de radiación solar promedio al año, 1.000 Wh/m2, eficiencias estándar del panel 0.9, inversor y regulador 0.85, un panel de 12 VCD / 118 W / Isc=9,3 / Imax 8,9 a 9.0 etc, sistema a 24 VCD, baterías de 250 Ah / 24VCD, con un voltaje de descarga VB de 2 volt y una profundidad máxima de descarga del 80% (Pmd=0,8), el costo de estas baterías está por los US$280 a US300 c/u y de paneles entre US$90 y US$100/panel de 100 watt. Hay que incluir el resto de los componentes, el inversor de carga, el regulador, el cableado, el medio de medición o metro, los soportes y herrajes para sujetar y poder reorientar los paneles, el costo del instalador, el acondicionamiento del local donde se instalarán los componentes del sistema, eso hace que la inversión estimada de unos US$7.000. Hay quien se decide y el montaje lo hace uno mismo y obtiene sus ventajas, pero aún considerando
kits, donde todo lo compramos a la vez y lo HUM, el importe es entre US$6.000 y US$7.000. - ¿En qué sectores es competitiva esta inversión?
Donde no llega la red eléctrica. También se estimula su competitividad en los países que aportan incentivos y ayudas, o existe el intercambio de cuotas de carbón, o una combinación de las dos anteriores y potencian con ello la introducción de las fuentes renovables. En nuestro sitio web www.energianow.com se encuentran varias publicaciones sobre el sistema fotovoltaico, que describen el sistema, sus componentes y ofrecen datos comparativos entre estas tecnologías. Para destacar
Tipos de baterías
- Baterías Plomo - Ácido PD. (Cliclo Profundo): se encuentran en el mercado y son las de menor precio. Se emplean formando bancos de baterías. Ciclo de vida: entre 4 a 6 años. Son baterías que soportan descargas profundas, iguales o superiores al 80%, lo que las hace diferentes de las baterías automotriz, con descargas pequeñas. - Batería de ión Litio: mayor densidad de energía pero mucho más caras, comparadas con la batería Plomo - Ácido (PD), inclusive con la tipo tubular. Del tipo batería seca, el electrolito está formado por una pasta de sal de litio, de muy baja humedad. Tienen una elevada densidad de carga (menos masa por unidad - potencia) y se están produciendo a gran escala, debido a la demanda en los vehículos automotores eléctricos, por lo que se espera una reducción de sus costos en el mediano plazo.
- Baterías de Sales Fundidas (baterías de sodio líquido): ofrecen alta densidad energética y potencia de entrega. Se utilizan para almacenar la energía contenida en sales fundidas (cátodo) que al liberarse reaccionan con electrodos de níquel (ánodo). Se conocen de sales de sodio-azufre y litio-azufre. - Ultra o super capacitores: este sistema almacena energía electrostática. Comparado con las baterías estándar, tienen muy baja densidad, por lo que almacenan menos energía, pero cuentan con un elevado poder de descarga y realizan ciclos carga/descarga rápidamente. Actualmente se encuentran funcionando en instalaciones solares. Es una tecnología costosa, y ahora comienzan a producirse comercialmente, buscando bajar precio. Tiene un ámbito de aplicación en vehículos, sistemas residenciales fotovoltaicos y otros. - Baterías a Flujo: para almacenar grandes cantidades de energía fotovoltaica, (Grandes capacidades). La operación es similar a la de una batería tradicional. La gran ventaja que tienen estos sistemas es que la capacidad de almacenamiento energético está limitada exclusivamente por la capacidad de los tanques que almacenan la solución electrolítica. Se estudian electrodos de hierro para este tipo de batería dinámica, lo que abaratará el costo por kWh, por ser el hierro mucho más barato que otros metales.
