Híbridos de batería+solar preparados para un crecimiento explosivo

Con la transición de los combustibles fósiles a las fuentes de energía renovables, el sistema eléctrico de EE. UU. está experimentando cambios fundamentales. Si bien la primera década de la década de 2000 vio un gran aumento en la generación de energía con gas natural, y la década de 2010 fue una década para la energía eólica y solar, los primeros indicios son que la innovación de la década de 2020 podría ser un auge en las plantas de energía «híbridas».

Una planta de energía híbrida típica combina la generación de energía con el almacenamiento de baterías en el mismo lugar. Esto generalmente significa parques solares o eólicos combinados con baterías grandes. Cuando la energía solar alcanza su punto máximo durante el día, los paneles solares y el almacenamiento de baterías pueden trabajar juntos para generar energía renovable, que luego se libera según sea necesario después de que se pone el sol.

Una mirada a los proyectos de energía y almacenamiento en desarrollo ofrece una visión del futuro híbrido.

Nuestro equipo en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley encontró la asombrosa cantidad de 1400 gigavatios de aplicaciones para proyectos de generación y almacenamiento conectados a la red, más que todas las plantas de energía existentes en los Estados Unidos combinadas. El grupo más grande ahora son proyectos solares, con más de un tercio involucrando energía solar híbrida y almacenamiento de baterías.

Si bien estas futuras plantas de energía ofrecen muchos beneficios, también plantean preguntas sobre la mejor manera de operar la red.

Por qué los híbridos son populares

A medida que se desarrollaron las energías eólica y solar, comenzaron a tener un impacto significativo en la red.

La energía solar ha superado el 25% de la generación eléctrica anual de California y está ganando popularidad rápidamente en otros estados como Texas, Florida y Georgia. Las turbinas eólicas se han desplegado a gran escala en los estados del «cinturón de viento» desde las Dakotas hasta Texas, e Iowa ahora genera la mayor parte de su electricidad a partir del viento.

Esta alta proporción de energía renovable plantea la pregunta: ¿Cómo integramos las fuentes de energía renovable que generan grandes pero variables cantidades de electricidad a lo largo del día?

Ahí es donde entra el almacenamiento. En los últimos años, el precio de las baterías de iones de litio ha caído rápidamente a medida que se ha expandido la producción en el mercado de vehículos eléctricos. A pesar de las preocupaciones sobre los futuros desafíos de la cadena de suministro, es probable que también cambien los diseños de las baterías.

La combinación de energía solar y baterías permite a los operadores de plantas híbridas proporcionar energía durante los momentos más valiosos cuando la demanda es más alta, como las tardes y noches de verano cuando el aire acondicionado está encendido. Las baterías también ayudan a suavizar la producción eólica y solar, almacenan el exceso de energía que de otro modo se cortaría y reducen la congestión de la red.

La energía híbrida domina la cartera de proyectos

A fines de 2020, Estados Unidos tenía en operación 73 proyectos solares híbridos y 16 eólicos, generando 2,5 GW de electricidad y 0,45 GW de almacenamiento de energía.

Hoy, la energía solar e híbrida dominan el proceso de desarrollo. Para fines de 2021, más de 675 GW de plantas solares propuestas han solicitado la aprobación de conexión a la red, con más de un tercio de ellas combinadas con almacenamiento de energía. Son elegibles otros 247 GW de parques eólicos, de los cuales 19 GW (alrededor del 8 por ciento) son parques eólicos híbridos.

Por supuesto, solicitar la conexión a la red es solo un paso en el desarrollo de una planta de energía. Los desarrolladores también necesitan acuerdos de tierras y comunidades, contratos de venta, financiamiento y permisos. Entre 2010 y 2016, solo se planeó poner en operación comercial alrededor de una cuarta parte de las nuevas plantas. Pero el fuerte interés en las plantas híbridas es un buen augurio para un fuerte crecimiento.

En mercados como California, las baterías son en gran medida obligatorias para los nuevos desarrolladores de energía solar. Dado que la energía solar generalmente constituye la mayor parte de la electricidad en el mercado diurno, construir más no agrega ningún valor. Actualmente, el 95% de toda la capacidad solar a gran escala propuesta en la cohorte de California proviene de baterías.

5 lecciones y futuras preguntas sobre los híbridos

La oportunidad de crecimiento para los híbridos de energía renovable es claramente significativa, pero plantea algunas de las preguntas que nuestro grupo de Berkeley Lab ha estado investigando.

Estos son algunos de nuestros hallazgos clave:

• La inversión valió la pena en muchas áreas. Hemos descubierto que agregar baterías a una planta de energía solar aumenta el precio y el valor de la electricidad. La generación y el almacenamiento de energía en el mismo lugar pueden beneficiarse de créditos fiscales, ahorros en costos de construcción y flexibilidad operativa. A juzgar por el potencial de ingresos en los últimos años, el valor agregado, ayudado por el crédito fiscal federal, parece justificar el precio más alto.

• La coubicación también significa compensaciones. La energía eólica y solar funcionan mejor donde los recursos eólicos y solares son más fuertes, pero las baterías brindan el mayor valor donde pueden proporcionar los mayores beneficios de la red, como el alivio de la congestión. Esto significa que existen compensaciones al determinar el punto ideal con el valor más alto. Los créditos fiscales federales que solo están disponibles cuando las baterías se ubican junto con la energía solar pueden, en algunos casos, alentar decisiones subóptimas.

• No hay una mejor combinación. El valor de una planta híbrida depende en parte de la configuración del equipo. Por ejemplo, el tamaño de una batería en relación con un generador solar puede determinar cuánto tiempo una fábrica puede proporcionar energía a altas horas de la noche. Pero el valor de la electricidad nocturna depende de las condiciones del mercado local y varía a lo largo del año.

• Las reglas del mercado eléctrico deben evolucionar. Los híbridos pueden participar en el mercado de la electricidad como una sola unidad o como entidades separadas, con ofertas de almacenamiento de energía solar y de forma independiente. Los híbridos también pueden ser vendedores o compradores de electricidad, o ambos. Esto puede complicarse. Las reglas de participación en el mercado para los híbridos todavía están evolucionando, lo que deja a los operadores de las fábricas experimentar cómo vender sus servicios.

• Los pequeños híbridos crean nuevas oportunidades: Las plantas de energía híbrida también pueden ser pequeñas, como la energía solar y las baterías en un hogar o negocio. Estos híbridos se han convertido en la norma en Hawái a medida que la energía solar satura la red. En California, los clientes que necesitan cortes de energía para evitar incendios forestales agregan cada vez más almacenamiento a sus sistemas solares. Estos híbridos «detrás del medidor» plantean preguntas sobre cómo deben valorarse y cómo pueden contribuir a las operaciones de la red.

Los híbridos apenas están comenzando, pero hay más potencia en camino. Se necesita más investigación sobre tecnología, diseño de mercado y regulaciones para garantizar que las redes y los precios de la red evolucionen con ellos.

Si bien quedan preguntas, está claro que los híbridos están redefiniendo las centrales eléctricas. Potencialmente, podrían transformar el sistema de energía de Estados Unidos en el proceso.