El almacenamiento químico en baterías, encabezado por el litio, ha logrado avances tan significativos en términos de coste, capacidad y tecnología que las baterías ahora están posicionadas para acelerar el crecimiento solar fotovoltaico ya exponencial.
“¿Pero qué pasa cuando se pone el sol?” Este viejo estribillo ahora tiene una respuesta definitiva: “Las baterías toman el control”.
A lo largo de 2023 y 2024, las baterías de litio han evolucionado desde ser meramente útiles y algo caras a estar al borde de ser asequibles y de un uso generalizado. Esta transformación ha sido impulsada por reducciones sustanciales en los costos y aumentos en los volúmenes de fabricación e implementación.
Pero antes de profundizar en esos detalles, analicemos primero por qué las baterías son una tecnología tan útil.
Las baterías son rápidas
Imaginemos que las baterías son naves espaciales o misiles, que ajustan su trayectoria con ráfagas de energía precisas y rápidas. En astronáutica, esto se conoce como “sistema de control de reacción”, una tecnología esencial desde los días de las primeras misiones Apolo. De manera similar, las baterías son capaces de entregar cantidades precisas de energía en milisegundos. Esta capacidad resultó crucial cuando la primera instalación de baterías a gran escala del mundo evitó un apagón en Australia al responder más rápidamente que las plantas de energía tradicionales.
Con sus tiempos de respuesta de microsegundos, las baterías proporcionan salidas de energía ultraprecisas que son fundamentales en momentos de demanda repentina. Esta respuesta rápida permite que las baterías actúen más rápidamente que las respuestas más lentas y engorrosas de las plantas tradicionales alimentadas con combustibles fósiles. Al reconocer las ventajas de esta respuesta rápida, Australia pudo acortar significativamente el tiempo de reacción requerido para las plantas de energía de 30 minutos a solo 5 minutos.
Combinadas con inversores que forman la red, las baterías están ayudando a la red eléctrica a desprenderse de las masas físicas giratorias que tradicionalmente han proporcionado estabilidad durante eventos complejos de la red.
El tiempo de reacción de microsegundos no solo mejora la estabilidad de la red, sino que también permite a los desarrolladores de baterías maximizar los ingresos cuando los precios de la energía se disparan. El gráfico a continuación de GridStatus.io ilustra cómo las baterías en Texas aprovechan sus tiempos de reacción ágiles al cargarse durante los períodos de energía solar de menor precio y al descargarse durante los períodos de precios pico, estabilizando efectivamente los costos de energía.
Fuente: GridStatus.io
Las baterías se distribuyen
Tanto las instalaciones de baterías grandes como las pequeñas están en los titulares. En 2018, Vermont utilizó una combinación de baterías residenciales y de escala de red para ahorrar a los contribuyentes los cargos por demanda a nivel de servicios públicos, logrando un ahorro de $6,7 millones en un cálido martes de verano. El año siguiente, Sunrun se ganó la confianza del Operador del Sistema de Nueva Inglaterra al integrar 5000 instalaciones solares y de almacenamiento residenciales, lo que marcó algunas de las primeras plantas de energía virtual en los Estados Unidos.
Imagínese si 300 millones de vehículos eléctricos (VE) en los EE. UU., incluidos automóviles, autobuses, camiones y vehículos de flota, estuvieran todos conectados a la red. Cada uno con un tamaño de batería promedio de 75 kWh, ofrecerían colectivamente alrededor de 22,5 TWh de capacidad, suficiente para abastecer al país durante dos días. Debido a que los vehículos tienden a seguir a los seres humanos, generalmente están ubicados estratégicamente para entregar electricidad precisamente donde se necesita.
Tal vez, en un futuro no muy lejano, se convierta en un error social no enchufar el vehículo, como reciclar o apagar las luces al salir de una habitación.
Si ampliamos este concepto, pensemos en todos los edificios residenciales, comerciales e industriales, junto con las subestaciones eléctricas, todos ellos equipados con baterías importantes. Juntos, formarían una vasta red que contribuiría a una red eléctrica equilibrada. Esta red integraría a la perfección soluciones de almacenamiento móviles y estacionarias para satisfacer la demanda en diversas ubicaciones, lo que garantizaría un sistema de energía fiable y con capacidad de respuesta.
Las baterías generan creatividad
¿Qué pasaría si, en lugar de depender únicamente de baterías de respaldo para nuestros hogares, ampliáramos el concepto para incluir todo tipo de dispositivos electrónicos domésticos? Las baterías de respaldo diseñadas para un solo propósito para las bombillas de consumo se están volviendo populares, especialmente en las señales de SALIDA que están legalmente obligadas a combinar la iluminación LED con baterías de litio.
Consideremos el potencial de los electrodomésticos «inteligentes»; no solo capaces de conectarse a Internet, sino también diseñados para proporcionar electricidad a su hogar durante los picos de demanda. Una cocina de inducción o una bomba de calor consumen una cantidad importante de electricidad que puede sobrecargar el cableado obsoleto. Para mitigar las mejoras necesarias, Impulse Labs ha integrado una batería de 3 kWh en sus cocinas de inducción.
La integración de baterías en edificios comerciales y electrodomésticos de alta demanda permite «reducir el pico» de manera eficaz (el pico es la energía máxima que consume un electrodoméstico en un momento determinado). Este enfoque fue uno de los primeros usos económicamente viables de las baterías distribuidas en la red, lo que ayuda a compensar los costosos cargos por picos de demanda. Las empresas de servicios de energía invierten mucho en plantas de energía de respaldo para gestionar estos picos, lo que garantiza que haya suficiente suministro cuando aumenta la demanda colectiva.
Necesidades similares impulsan la integración de baterías en los cargadores de vehículos eléctricos, que a menudo exigen una potencia máxima sustancial. Una innovación reciente fue la incorporación de baterías en una parada de camiones de vehículos eléctricos para reducir la tensión en la red, lo que permite conexiones a la red más rápidas y económicas.
Imagine un paisaje poblado de baterías grandes, baterías pequeñas, vehículos eléctricos, estufas, bombillas e innumerables dispositivos más, todos ellos proporcionando energía exactamente cuando se necesita y recargándose cuando es más económico.
Las baterías están escalando y abaratándose
Al igual que la industria solar, el sector de las baterías ha experimentado importantes caídas de precios, en particular después de los desafíos de la cadena de suministro causados ??por la pandemia de COVID. Estas caídas se vieron marcadas recientemente por las ofertas de sistemas de baterías completamente instalados en China, que cayeron a tan solo 60 dólares por kWh.
Un precio de oferta tan bajo está superando los límites de lo que antes se consideraba posible, lo que nos impulsa a contemplar el futuro de los costos y las capacidades de las baterías. Por ejemplo, ¿cuánto podría bajar el precio de las baterías de iones de litio? ¿Y cómo se verá la adopción del almacenamiento de energía a medida que los precios caigan a fracciones cada vez más pequeñas de su valor actual?
En 2024, prevemos desplegar más de 1 TWh de almacenamiento de energía a nivel mundial por primera vez. Impulsada por las sólidas ventas de vehículos eléctricos y las amplias implementaciones de BESS, la demanda de baterías de iones de litio sigue aumentando, lo que sugiere la posibilidad de cinco duplicaciones más de capacidad en el futuro cercano.
Aunque las estimaciones actuales indican que hemos desplegado menos de 5 TWh de capacidad a nivel mundial, la necesidad urgente de hacer la transición de los sistemas de transporte y energía para que dejen de utilizar combustibles fósiles puede requerir varios cientos de TWh. Dado que los costos de las celdas de batería caen entre un 20% y un 30% con cada duplicación de capacidad, los precios podrían llegar a bajar a tan solo $10 a $20 por kWh.
Cuando pv magazine USA consultó al estimado modelador energético Dr. Jesse Jenkins sobre la competitividad de los precios de las baterías de iones de litio frente a las fuentes de energía de carga base definidas por su producción constante, aclaró:
Ningún precio proporciona carga base, ya que eso requiere una descarga continua. Si se refiere al precio que permite el almacenamiento de energía durante varios días que permite que la energía eólica y solar desplacen la capacidad de las empresas, entonces lo que encontramos aquí es de 1 a 10 dólares por kWh. Entre 20 y 30 dólares por kWh se comerían esa cantidad.
Nuestro “punto azul pálido” se suele comparar con una nave espacial que explora la inmensidad de la galaxia. A bordo de esta nave, ocho mil millones de miembros de la tripulación gestionan diligentemente una vasta red de transmisión y almacenamiento distribuidos. Imaginemos una nave en la que baterías de todos los tamaños, desde las que alimentan las luces nocturnas hasta las que alimentan los portacontenedores, funcionen juntas como una vasta orquesta de energía mientras avanzamos a toda velocidad por el cosmos.
El potencial inexplorado del almacenamiento de energía
Si bien es concebible que la energía solar, eólica y de almacenamiento de energía sean suficientes por sí solas para satisfacer todas las demandas energéticas de la humanidad a nivel mundial, no necesitamos hacerlo. Sin embargo, tecnologías como las baterías de iones de litio y de sodio ofrecen soluciones de almacenamiento rápidas y escalables que pueden complementar las capacidades de los sistemas de almacenamiento de larga duración, como los desarrollados por Form Energy. Junto con las fuentes de energía existentes, como la nuclear, la hidroeléctrica y los avances previstos en la tecnología geotérmica, existe un camino claro hacia la limpieza de nuestros sistemas de electricidad y energía.
Sin embargo, el futuro del almacenamiento de energía, como toda tecnología, trae consigo sus incertidumbres. No sabemos las formas finales que adoptarán estas baterías, su costo final, su longevidad o el ritmo al que se implementarán.
Nuestra capacidad para predecir los avances tecnológicos y las escalas de implementación es notablemente imperfecta, como lo demuestran las subestimaciones históricas de las expansiones de la capacidad solar. El gráfico anterior, creado inicialmente por Auke Hoekstra (fundador y director del programa de investigación NEON), destaca la subestimación constante de la revolución solar por parte de la Asociación Internacional de Energía desde principios de la década de 2000. Esto sirve como un duro recordatorio de nuestras limitaciones para hacer pronósticos; En 2022, la implementación de más de 400 GW de capacidad solar superó con creces las predicciones de los analistas, y ahora estamos anticipando nuestro primer año de teravatios, con expectativas de alcanzar los 600 GW de capacidad solar global para 2024.
A pesar de estos desafíos, hay motivos sustanciales para el optimismo en el ámbito del almacenamiento de energía. Este sector promete ser un complemento dinámico y potente a la ya sólida expansión observada en la energía solar, creando un poderoso ciclo de retroalimentación tecnológica.
