ENERGÍA RENOVABLE

Las baterías no son suficientes: necesitamos tecnología térmica solar para pasar la noche

La transición de Australia a las energías renovables se está acelerando, pero existe un problema inminente con el almacenamiento. Necesitaremos mucho más almacenamiento de larga duración para pasar la noche, una vez que el carbón y el gas fósil salgan del sistema.

También necesitamos encontrar nuevas y mejores formas de generar calor para los procesos industriales. Las energías renovables pueden suministrar gran parte de ese calor durante el día, pero se requerirá almacenamiento de energía para satisfacer las necesidades de calor nocturnas de la industria.

La tecnología térmica solar tiene el potencial de proporcionar tanto almacenamiento de larga duración como calor industrial, pero se ha pasado por alto en gran medida en el contexto australiano. Eso está a punto de cambiar.

La hoja de ruta de almacenamiento de energía renovable de CSIRO identifica que se requerirá una combinación de tecnologías, en todos los sectores, para satisfacer las necesidades de almacenamiento de energía de Australia, particularmente durante la noche. La energía solar térmica será una parte importante de la mezcla.

Las baterías por sí solas no lo cortarán. Son buenos para el almacenamiento de corta duración, desde unos minutos hasta una o dos horas. Pero necesitaría una gran cantidad de ellos, a un costo enorme, para cubrir de 8 a 12 horas. La energía solar térmica se vuelve rentable para el almacenamiento de larga duración a escala y también ofrece otros beneficios.

Energía solar en la noche usando energía solar concentrada por Ingeniería con Rosie.


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Introducción al almacenamiento de energía térmica

El Operador del Mercado de Energía de Australia (AEMO) identificó el almacenamiento de cuatro a 12 horas de duración como «la necesidad más apremiante a escala de servicios públicos en la próxima década». Eso es lo que se requiere «para gestionar variaciones diarias más fuertes en la producción solar y eólica, y para satisfacer la demanda de los consumidores, también durante los días más extremos, a medida que disminuye la capacidad de carbón».

La mayoría de la gente conoce el almacenamiento (químico) de baterías de iones de litio y el almacenamiento (mecánico) hidroeléctrico bombeado. Sin embargo, el almacenamiento de energía térmica no se comprende ni se reconoce bien. Esto se debe en parte a los costos percibidos y los desafíos de ingeniería. Sin embargo, a medida que se construyen plantas termosolares concentradas en todo el mundo (30 se están desarrollando solo en China), la base de conocimientos está creciendo.

Más del 80% del uso total de energía de Australia implica un proceso térmico:

  • combustión de carbón y gas para electricidad
  • combustión de combustibles para el transporte
  • combustión de combustibles para el calor de procesos industriales.

Una gran proporción de estos procesos térmicos de combustibles fósiles existentes se pueden cumplir con el almacenamiento de energía térmica renovable.

Los espejos de seguimiento solar (helióstatos) enfocan la luz solar en un receptor central o torre de energía en CSIRO Energy en Newcastle
El Centro de Energía CSIRO en Newcastle contiene la única instalación operativa de investigación térmica solar de alta temperatura de su tipo en Australia. Este es el panel solar de alta concentración más grande del hemisferio sur.
CSIRO, Autor proporcionado

La hoja de ruta de CSIRO descubrió que el almacenamiento de energía térmica era una solución de costo relativamente bajo con múltiples aplicaciones, incluida la generación de energía a escala de servicios públicos, la producción de combustibles renovables y el calor de procesos industriales.

Para la generación de energía a gran escala, la tecnología de menor costo para el almacenamiento de ocho horas en 2050 es el almacenamiento de energía térmica utilizando energía termosolar concentrada. El costo en 2050 fue ligeramente superior a los 100 dólares australianos/MWh, en comparación con la batería de iones de litio a 140 dólares australianos/MWh y la energía hidroeléctrica de bombeo a alrededor de 155 dólares australianos/MWh.

Para las tecnologías de almacenamiento de 24 horas en 2050, el almacenamiento de energía térmica fue nuevamente el costo más bajo con 99 dólares australianos/MWh, en comparación con la energía hidroeléctrica de bombeo a 145 dólares australianos/MWh o el almacenamiento de energía térmica eléctrica cargada a la red (utilizando energía solar fotovoltaica y eólica) a 150 dólares australianos. /MWh.

Es probable que el almacenamiento de corta duración siga siendo el dominio de la batería de iones de litio durante al menos dos horas de duración, y quizás hasta cuatro horas.

Así es como funciona

La energía termosolar concentrada utiliza espejos para convertir la luz solar en energía térmica. Esta energía térmica normalmente se almacena.

La energía térmica almacenada se puede utilizar, en cualquier momento del día o de la noche, bajo demanda, para producir vapor para la producción de electricidad o calor/vapor para procesos industriales.

El sistema generalmente proporciona de seis a 24 horas de operaciones. Lo que esto significa es que la energía solar térmica concentrada puede proporcionar energía continua bajo demanda y/o calor de proceso las 24 horas del día, los 7 días de la semana. También puede generar simultáneamente energía y almacenar calor al mismo tiempo.

La energía térmica almacenada se utiliza normalmente durante la noche. Los sistemas termosolares concentrados desplegados en China, España, Estados Unidos, América del Sur, África y Oriente Medio suelen tener más de diez horas de almacenamiento, lo que permite la generación nocturna de energía y calor renovables.

La energía solar térmica concentrada también es una tecnología síncrona porque utiliza una turbina giratoria tradicional (idéntica a las que se utilizan en las centrales eléctricas de carbón). Esto crea la fuerza del sistema y los servicios de frecuencia muy necesarios para la red. En esencia, cuando las centrales eléctricas de carbón cierren, la energía termosolar concentrada es una tecnología que podría continuar brindando servicios esenciales del sistema.

Si bien se han implementado más de 100 plantas termosolares concentradas, que generan 7 GWh de energía, en todo el mundo, la tecnología aún no se ha implementado a escala en Australia. Esto pronto cambiará con la construcción por parte de Vast Solar de una planta termosolar concentrada de 30MW en Port Augusta, apoyada en parte por el gobierno federal. El proyecto contará con diez horas de almacenamiento de energía térmica para generar energía para el suministro a la red, principalmente por la noche. El proyecto también proporcionará calor y energía renovables para producir más de 7.000 toneladas de metanol verde (renovable) cada año. (El metanol es un bloque de construcción químico esencial para cientos de productos industriales y de consumo, como pinturas, alfombras, telas, materiales de construcción y combustibles líquidos).

La planta termosolar de concentración piloto de Vast Solar en Jemalong, NSW, vista desde el aire
En el diseño modular de Vast Solar, desplegado en la planta piloto de Jemalong en el centro-oeste de Nueva Gales del Sur, hay cinco conjuntos separados, cada uno de los cuales concentra la radiación solar en su propia torre receptora térmica de 27 m.
vasto sol, Autor proporcionado

Preste atención a la advertencia

Necesitamos comenzar a construir sistemas de almacenamiento de energía de larga duración ahora, para tener energía segura y confiable cuando el sol no brilla y el viento no sopla. También necesitamos reemplazar los combustibles fósiles utilizados para generar calor de proceso industrial.

Sectores como la minería, la industria, el transporte, la agricultura y los hogares requieren energía renovable segura, confiable y asequible. Para muchos sectores, esta necesidad se produce por la noche y requiere almacenamiento.


Nota del editor: Dominic Zaal contribuyó a la hoja de ruta de almacenamiento de energía renovable de CSIRO como uno de varios asesores técnicos internos y externos.



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