Existen miles de sitios de almacenamiento de energía hidroeléctrica de bombeo extraordinariamente buenos en todo el mundo con un costo de inversión extraordinariamente bajo. Cuando se combinan con baterías, el sistema híbrido resultante tiene un gran almacenamiento de energía, un bajo coste tanto de energía como de potencia y una respuesta rápida. El almacenamiento es un problema resuelto.
En 2023, se instaló el doble de capacidad de generación solar que todas las demás tecnologías de generación juntas. El futuro de la generación de energía es la energía solar fotovoltaica con el apoyo de la energía eólica y el almacenamiento de energía para equilibrar la intermitencia de la energía eólica y solar.
Como mínimo, se requiere almacenamiento de energía durante la noche. En la actualidad, el almacenamiento de energía hidroeléctrica bombeada (PHES) proporciona más del 90% del total mundial para la industria eléctrica. Las baterías están cobrando importancia. La gestión de la demanda es un avance importante: por ejemplo, los vehículos eléctricos, los tanques de agua caliente y el almacenamiento térmico en las fábricas se pueden cargar cuando la demanda es baja y la oferta es alta. Los vehículos eléctricos también ofrecen «baterías sobre ruedas» con vehículo a red (V2G).
Las centrales térmicas (de carbón y gas) pueden seguir la carga y actuar de manera similar al almacenamiento. Por ejemplo, en el Mercado Nacional de Electricidad de Australia, las centrales eléctricas de carbón suelen reducir la producción durante el día a la mitad de la producción durante el período pico de la tarde. Algunas incluso se apagan por completo durante algunas horas durante el mediodía. La motivación es evitar precios negativos en días soleados y ventosos.
Por ejemplo, la figura muestra la producción de energía desde la medianoche hasta la medianoche durante el 4 de octubre de 2024 en el Mercado Eléctrico Nacional de Australia (que atiende a 20 millones de personas), incluyendo carbón (marrón y negro), gas (naranja), hidroeléctrica (azul), eólica (verde) y solar (amarillo). La demanda de energía alcanzó su pico alrededor del mediodía con 27 GW. La región debajo de la línea roja representa la carga de PHES y el almacenamiento de baterías. Los precios fueron negativos desde las 07:00 hasta las 16:00. La energía del carbón varió desde 7 GW al mediodía hasta 15 GW durante el pico de la tarde.
Curva de potencia
Imagen: ISES
Almacenamiento de energía
A medida que las centrales eléctricas de combustibles fósiles cierran debido a su antigüedad y a la competencia de la energía solar y eólica de bajo coste, el vacío debe llenarse con almacenamiento a gran escala. Cuando la cantidad de energía solar y eólica es inferior al 50%, se prefieren baterías con una capacidad de almacenamiento de unas pocas horas. Finalmente, se requiere un gran almacenamiento de energía para cubrir la noche y varios días de clima nublado. Esta es la función de PHES.
Los sistemas de almacenamiento híbridos que combinan baterías y PHES son superiores a cualquiera de las dos tecnologías por separado. Las baterías son relativamente económicas para almacenar energía ($/GW), pero son caras para almacenar energía ($/GWh). Los PHES son más caros que las baterías para almacenar energía ($/GW), pero mucho más baratos para almacenar energía ($/GWh). Un sistema híbrido tiene energía barata (GWh) y energía barata (GW).
En un sistema híbrido, el almacenamiento puede cargar el almacenamiento. Un gran depósito de PHES puede cargar baterías de forma continua las 24 horas del día, los 7 días de la semana, durante una semana en un período tranquilo y nublado. Por ejemplo, un sistema PHES con 350 GWh de almacenamiento de energía y 2 GW de potencia de generación puede cargar de forma continua doce baterías de 4 horas (48 GWh) todos los días durante una semana. Un sistema híbrido de este tipo tiene efectivamente un almacenamiento de energía de 370 GWh y una potencia de almacenamiento de 12 GW. Un sistema que solo funciona con baterías se quedaría sin energía después del primer día, mientras que un sistema que solo funciona con PHES tendría poca potencia.
Una ventaja adicional es que las baterías pueden cosechar precios negativos durante cuatro horas alrededor del mediodía con una potencia de 12 GW, y cargar lentamente un sistema PHES grande pero de baja potencia durante las siguientes 20 horas, y hacer esto todos los días durante una semana antes de que el sistema PHES se llene. En otras palabras, el sistema híbrido cosecha precios de energía pico a 12 GW y se recarga a precios negativos.
El Atlas mundial de almacenamiento de energía hidroeléctrica bombeada enumera 820.000 sitios con un almacenamiento de energía combinado de 86 millones de GWh. Esto equivale al almacenamiento efectivo en alrededor de 2 billones de vehículos eléctricos, que es mucho más almacenamiento del que el mundo necesitará jamás. Por lo tanto, solo se requieren los mejores sitios. Los parámetros de costo clave son una gran altura (diferencia de altura entre los embalses superior e inferior, preferiblemente 600-1600 m), una gran relación agua-roca (un gran volumen de agua se almacena en una pared de roca relativamente pequeña, preferiblemente 15-50) y túneles de presión cortos (unos pocos kilómetros).
Los emplazamientos de PHES extraordinarios tienen costes de capital extraordinariamente bajos. Las estimaciones de costes que se aplican a los proyectos hidroeléctricos ordinarios no se aplican a los emplazamientos de primera calidad. Existe una diferencia de un factor de 10 en el coste de capital de los mejores y los peores emplazamientos del Atlas. Como hay un gran excedente de emplazamientos en la mayoría de las regiones, solo es necesario desarrollar los mejores emplazamientos. Es importante destacar que los PHES son inversiones intensivas en capital, pero tienen una vida útil prevista mucho más larga que las baterías.
Se pueden encontrar emplazamientos de PHES extraordinariamente buenos en la mayoría de las regiones del mundo, con costes de capital extraordinariamente bajos. Por ejemplo, el sistema de PHES Snowy 2.0 que se está construyendo en Australia tiene un coste de capital previsto de 8.000 millones de dólares para 350 GWh de almacenamiento, lo que supone 23 dólares por kWh (8.000 millones de dólares/350 GWh). Esto es aproximadamente 10 veces inferior al coste de capital de una batería equivalente. Australia tiene docenas de emplazamientos potenciales con costes similares.
Muchas regiones tienen un potencial de PHES mejor que Australia, incluidos miles de sitios con costos de capital indicativos de $10-15/kWh. Se prefieren los de gran tamaño en el rango de 50 a 5000 GWh, que es suficiente almacenamiento para 1 millón y 100 millones de personas adineradas y completamente electrificadas respectivamente. La figura muestra la ubicación de los sitios de 500 GWh en todo el mundo. Una región con una notable falta de buenos sitios es el norte de Europa. Afortunadamente, los Balcanes tienen un excelente potencial de PHES, mucho más que suficiente para proporcionar a la Unión Europea todo el almacenamiento que necesita.
El Atlas
Dentro del Atlas, los mejores sitios están marcados con estrellas (clase de costo AAA), triángulos (clase AA) o puntos rojos oscuros (clase A). Greenfield significa 2 nuevos reservorios; Bluefield usa un reservorio existente; Brownfield usa una mina abandonada; y Turkeynest significa terreno llano. Los usuarios pueden desplazarse, hacer zoom, rotar e inclinar. Al hacer clic en un reservorio o en una ruta de túnel, aparecen diferentes ventanas emergentes de información que contienen 26 elementos de información detallada. Se pueden seleccionar distintos tamaños en el panel de la izquierda, en un rango de 2 a 5000 GWh. Seleccione MapSettings/3D Terrain para obtener una vista en 3D. Los acueductos o túneles de baja presión en terrenos llanos suelen permitir túneles de presión más cortos. El costo de la nueva transmisión normalmente se puede compartir con nuevos parques solares y eólicos. La mayoría de los sitios del Atlas están fuera de los ríos y no requieren ninguna represa nueva en los ríos. Se incluye un modelo de costo indicativo.
Autores: Prof. Ricardo Rüther (UFSC), Prof. Andrew Blakers /ANU
ISES, la Sociedad Internacional de Energía Solar, es una ONG acreditada por la ONU fundada en 1954 que trabaja por un mundo con energía 100% renovable para todos, utilizada de manera eficiente y sabia.
