COLUMNA DE OPINIÓN
Por Julio Vergara, Ph.D. in Nuclear Materials Engineering, MSc in Naval Architecture and Marine Engineering, MSc in Materials Engineering, MSc in Nuclear Engineering, Massachusetts Institute of Technology. MBA, Universidad Adolfo Ibáñez. Licenciado en Ciencias Navales y Marítimas e Ingeniero Naval Mecánico, Academia Politécnica Naval. Profesor Asociado Adjunto de la Escuela de Ingeniería UC.
La energía ya se convirtió en un elemento esencial para el desarrollo socioeconómico. Las cadenas logísticas, los sistemas de climatización, instalaciones médicas y varias industrias dependen de flujos continuos de calor y electricidad. Sin embargo, los recursos energéticos no están disponibles en todo momento. Los mejores recursos naturales suelen estar alejados de la demanda, o bien pueden ser intermitentes y variables. Por otro lado, los usuarios no suelen demandar energía en forma continua. Hoy es posible gestionar este descalce mediante sistemas de almacenamiento de energía para asegurar su disponibilidad cuando es requerida.
Esa gestión se ha realizado desde la incepción energética, creando pilas de madera y carbón y luego tanques de petróleo y derivados, para amortiguar la cadencia de suministros. De hecho, la Agencia Internacional de Energía exige a sus miembros una capacidad de reserva equivalente a 90 días de las importaciones, para enfrentar variaciones del suministro mundial, así como contribuir una fracción a otros miembros en situación de crisis de suministro. Una vez almacenados, los combustibles fósiles y nucleares contienen una cantidad de energía que está lista para ser liberada, típicamente en forma de calor, que mueve máquinas y sistemas, el cual a su vez también puede ser almacenado para uso posterior. Los combustibles fósiles dominan la producción de energía, con una participación cercana al 80% de la producción primaria, valorizada en más de 600 Exajoules. La mitad del remanente es leña y la otra, una suma de tecnologías durables y nucleares.
Una nueva generación de sistemas de almacenamiento surge para gestionar la producción y el consumo eléctrico. A diferencia de los anteriores, la electricidad se basa en flujos de partículas cargadas, creada desde los recursos primarios, que permite su conversión a luz, calor y movimiento a distancia, razón por la cual se le llama vector o transportador de energía. Hoy el 20% de la energía fluye desde la producción hacia los usuarios mediante electricidad. La actual transición energética posiblemente nos llevará a flujos eléctricos equivalentes al 25% de la energía al 2040 y 30% hacia el año 2050. Sin amplios sistemas de transmisión y/o almacenamiento, la creciente participación de recursos durables intermitentes será inviable.
Mientras la capacidad de generación eléctrica global supera los 6500 GW, la capacidad de almacenamiento es de unos 185 GW, dominado por bombeo hidráulico en casi 95%, cuyas primeras aplicaciones datan de más de un siglo en Suiza, país que hoy mantiene su mayor utilización relativa. Aparte del bombeo, compiten varias alternativas tecnológicas, categorizadas en sistemas gravitacionales y electromecánicos, térmicos, químicos, electroquímicos y electromagnéticos. No son fuentes de energía, pues la consumen para operar, pero son vitales para el funcionamiento ininterrumpido de sistemas de energía eléctrica o térmica crecientemente complejos e intermitentes. Por esto, se estima que la capacidad actual se duplicará en los próximos 15 años.
En el ámbito eléctrico aparecen tres familias de aplicaciones: gestión de la calidad del servicio, respaldo de potencia y gestión temporal de grandes bloques de energía, para lo cual las distintas tecnologías se acomodan con diferentes atributos operacionales, tales como eficiencia de carga y descarga, tamaño, tiempo de reacción, uso de suelo, densidad, pérdidas, y finalmente madurez y costos de desarrollo y operación.
Hoy cientos de empresas innovadoras han asumido los desafíos del almacenamiento, explorando materiales avanzados, más baratos y de bajo impacto ambiental para baterías de iones de litio, de sodio-azufre, aluminio, etc. Por otro lado, se desarrollan baterías de flujo de estado sólido, junto a volantes de inercia, super-capacitores, sistemas de hidrógeno, aire comprimido, sales fundidas, ascensores, y una amplia gama de alternativas aisladas e híbridas y de escalas, con sus accesorios, para diferentes mercados energéticos y micro redes, para distintos climas, alturas, sobre y bajo el mar, en el aire y el espacio, que podrán arrebatar la posición dominante de los actuales sistemas hidráulicos.
El profesor UC, Julio Vergara, es Jefe de programa de los diplomados del área de energía. Si te interesa profundizar tus conocimientos en este campo, revisa el Diplomado en Almacenamiento de energía, que inicia sus clases el próximo 21 de julio.
También puedes revisar: Diplomado en Eficiencia energética, Diplomado en Energías sustentables, y Diplomado en Electromovilidad y biocombustibles.