Tecnologías emergentes en almacenamiento energético

El almacenamiento de energía se ha convertido en uno de los principales retos tecnológicos para la transición energética, especialmente ante el crecimiento exponencial de las energías renovables intermitentes como la solar y la eólica. La capacidad de almacenar energía de forma eficiente, económica y sostenible es fundamental para garantizar el suministro en momentos de baja producción renovable y para estabilizar la red eléctrica.

En este artículo analizamos las tecnologías emergentes más prometedoras en el campo del almacenamiento energético, sus ventajas, limitaciones y perspectivas de desarrollo en el contexto español.

El papel crucial del almacenamiento energético

Antes de adentrarnos en las diferentes tecnologías, es importante entender por qué el almacenamiento energético se ha convertido en una pieza clave del puzzle energético:

• Integración de renovables: Las fuentes renovables como la solar y la eólica son intermitentes por naturaleza. El almacenamiento permite capturar la energía cuando se genera y utilizarla cuando se necesita.
• Estabilidad de red: Los sistemas de almacenamiento pueden proporcionar servicios de regulación de frecuencia y tensión, mejorando la fiabilidad del sistema eléctrico.
• Descarbonización: Un sistema con mayor capacidad de almacenamiento puede reducir la necesidad de centrales de respaldo basadas en combustibles fósiles.
• Independencia energética: Reduce la dependencia de importaciones energéticas y mejora la seguridad de suministro.
• Optimización económica: Permite comprar o generar energía cuando es más barata y utilizarla en momentos de precios elevados.

Tecnologías de almacenamiento emergentes

1. Baterías de flujo redox

Las baterías de flujo representan una de las tecnologías más prometedoras para el almacenamiento estacionario a gran escala. A diferencia de las baterías convencionales, donde la energía se almacena en electrodos sólidos, las baterías de flujo almacenan la energía en electrolitos líquidos contenidos en tanques externos.

Ventajas:

• Desacopla potencia (determinada por el tamaño de la celda) y energía (determinada por el volumen de electrolito)
• Vida útil extremadamente larga (más de 20.000 ciclos)
• Posibilidad de descarga profunda sin degradación
• Baja autodescarga
• Bajo riesgo de incendio y alta seguridad

Limitaciones actuales:

• Menor densidad energética que las baterías de ion-litio
• Mayor complejidad del sistema (bombas, sensores, sistemas de control)
• Coste aún elevado, aunque con potencial de reducción

En España, ya hay proyectos piloto con baterías de flujo de vanadio, como la instalación de 2 MWh en la isla de Mallorca, que busca mejorar la estabilidad de la red insular.

2. Baterías de estado sólido

Las baterías de estado sólido sustituyen el electrolito líquido de las baterías convencionales de iones de litio por un electrolito sólido. Aunque inicialmente su desarrollo está centrado en aplicaciones de movilidad eléctrica, su potencial para almacenamiento estacionario es enorme.

Ventajas:

• Mayor densidad energética (hasta un 50% más que las baterías de iones de litio actuales)
• Mayor seguridad (no utilizan componentes inflamables)
• Mayor vida útil y resistencia a ciclos de carga-descarga
• Mejor comportamiento a temperaturas extremas
• Tiempos de carga más rápidos

Limitaciones actuales:

• Tecnología aún en fase de desarrollo
• Altos costes de producción
• Retos en la interfaz entre electrodos y electrolito sólido
• Fabricación a gran escala todavía no resuelta

Se espera que hacia 2025-2027 comiencen a comercializarse las primeras baterías de estado sólido a escala comercial, con empresas como Toyota, QuantumScape y Solid Power liderando el desarrollo.

3. Almacenamiento de energía por aire comprimido (CAES)

Los sistemas CAES utilizan electricidad para comprimir aire, que se almacena en depósitos subterráneos o tanques. Cuando se necesita generar electricidad, el aire comprimido se libera, se calienta y se expande a través de una turbina.

Ventajas:

• Tecnología adecuada para almacenamiento de gran escala (cientos de MWh)
• Vida útil muy larga (más de 30 años)
• No utiliza materiales críticos o escasos
• Bajos costes de mantenimiento
• Respuesta rápida (segundos)

Limitaciones actuales:

• Requiere condiciones geológicas específicas (cavernas salinas, acuíferos) o grandes tanques
• Eficiencia moderada (60-70%) en sistemas convencionales
• Inversión inicial elevada

Los nuevos sistemas de CAES adiabático (A-CAES) recuperan y almacenan el calor generado durante la compresión, lo que aumenta significativamente la eficiencia hasta el 70-80%. En España, se están estudiando emplazamientos en antiguas minas y cavidades salinas para implementar esta tecnología.

4. Almacenamiento térmico con sales fundidas

Esta tecnología, ya probada en centrales termosolares, utiliza sales fundidas (generalmente una mezcla de nitratos de sodio y potasio) para almacenar energía en forma de calor. Las sales se calientan hasta temperaturas de 400-565°C y se mantienen en tanques aislados. Cuando se necesita generar electricidad, el calor almacenado se utiliza para producir vapor y mover una turbina.

Ventajas:

• Tecnología madura y probada comercialmente
• Bajo coste por kWh almacenado
• Larga vida útil (30+ años)
• Permite la gestionabilidad de las plantas termosolares
• Posibilidad de combinarse con otras fuentes de calor (biomasa, nuclear, excedentes industriales)

Limitaciones actuales:

• Eficiencia de conversión limitada por ciclo termodinámico
• Temperaturas de operación elevadas requieren materiales específicos
• Necesidad de mantener las sales por encima de su punto de congelación (~220°C)

España es líder mundial en esta tecnología, con numerosas plantas termosolares equipadas con almacenamiento térmico que permiten generar electricidad hasta 15 horas después de la puesta de sol.

5. Hidrógeno verde como vector energético

El hidrógeno producido mediante electrólisis con electricidad renovable (hidrógeno verde) se perfila como una solución para el almacenamiento estacional y de gran capacidad. La electricidad se utiliza para descomponer agua en hidrógeno y oxígeno; el hidrógeno se almacena y posteriormente se puede reconvertir en electricidad mediante pilas de combustible o turbinas adaptadas.

Ventajas:

• Capacidad de almacenamiento a largo plazo (semanas o meses)
• Escalable a grandes cantidades de energía
• Versatilidad de usos (generación eléctrica, transporte, industria, etc.)
• Posibilidad de utilizar infraestructuras de gas natural adaptadas
• Cero emisiones en su producción y uso

Limitaciones actuales:

• Baja eficiencia en el ciclo completo (30-40% en power-to-power)
• Altos costes de electrolizadores y pilas de combustible
• Retos de almacenamiento y transporte
• Necesidad de grandes cantidades de agua

España ha apostado decididamente por el hidrógeno verde con su Hoja de Ruta del Hidrógeno Renovable, que prevé instalar 4 GW de electrolizadores para 2030 y crear "valles de hidrógeno" en zonas industriales.

El caso español: hacia un sistema integrado de almacenamiento

España tiene características específicas que condicionan su estrategia de almacenamiento energético:

• Potencial renovable excepcional: Con más de 3.000 horas de sol al año en muchas zonas y excelentes recursos eólicos, España generará grandes excedentes renovables que necesitarán ser almacenados.
• Intercambios internacionales limitados: La Península Ibérica actúa casi como una "isla energética" con interconexiones insuficientes con el resto de Europa (menos del 5% de la capacidad instalada).
• Sistema hidráulico desarrollado: España cuenta con más de 20 GW de potencia hidroeléctrica, incluyendo 3,3 GW de bombeo, que puede servir como base para el almacenamiento.
• Redes inteligentes en desarrollo: La digitalización de la red eléctrica española está avanzando, lo que facilitará la gestión de sistemas de almacenamiento distribuidos.

La Estrategia de Almacenamiento Energético publicada por el Gobierno de España prevé alcanzar los siguientes objetivos para 2030:

• 20 GW de capacidad de almacenamiento (incluyendo todas las tecnologías)
• Duplicar la capacidad de bombeo hidráulico hasta 6,8 GW
• 2,5 GW de baterías estacionarias
• Implementación de almacenamiento térmico y CAES
• Despliegue de hidrógeno verde para almacenamiento estacional

Aplicaciones y casos de uso

Las diferentes tecnologías de almacenamiento se adaptan a distintas necesidades y escalas temporales:

1. Almacenamiento doméstico y comercial

Las baterías de ion-litio (y en el futuro las de estado sólido) son ideales para instalaciones de autoconsumo, permitiendo:

• Aumentar el autoconsumo del 30-40% al 70-80%
• Proporcionar respaldo en caso de cortes de suministro
• Aprovechar las tarifas con discriminación horaria
• Integrarse con sistemas de gestión energética inteligente

2. Almacenamiento a escala de red

Las baterías de gran escala, CAES y bombeo hidráulico ofrecen servicios esenciales para la estabilidad del sistema:

• Regulación de frecuencia y tensión
• Gestión de picos de demanda (peak shaving)
• Resolución de congestiones de red
• Servicios de respaldo y arranque en negro

3. Almacenamiento estacional

El hidrógeno verde y los sistemas CAES de gran escala son candidatos para almacenamiento a largo plazo:

• Almacenamiento de excedentes renovables de verano para invierno
• Garantía de suministro durante periodos prolongados de baja generación renovable
• Aprovechamiento de infraestructuras existentes (cavernas, gasoductos)

Barreras y desafíos pendientes

A pesar del potencial, existen importantes barreras para el despliegue masivo del almacenamiento energético:

• Marco regulatorio: Necesidad de definir claramente la figura del almacenamiento en la legislación y su participación en los mercados eléctricos.
• Costes de inversión: Aunque decrecientes, siguen siendo elevados para algunas tecnologías.
• Disponibilidad de materiales críticos: Litio, cobalto, níquel y tierras raras son limitados y su extracción tiene impacto ambiental.
• Certificación y estándares: Necesidad de normalización para garantizar seguridad e interoperabilidad.
• Reciclaje y segunda vida: Desarrollo de procesos eficientes para recuperar materiales valiosos al final de la vida útil.

Conclusiones: el almacenamiento como pilar de la transición energética

El almacenamiento energético ha dejado de ser el "eslabón perdido" de la transición energética para convertirse en uno de sus pilares fundamentales. La combinación de diferentes tecnologías, cada una adaptada a necesidades específicas, permitirá construir un sistema eléctrico 100% renovable, fiable y económicamente competitivo.

España tiene la oportunidad de liderar este campo, aprovechando su excepcional recurso renovable y desarrollando una industria propia en tecnologías como el almacenamiento térmico, las baterías de flujo o el hidrógeno verde.

Las empresas y particulares que se adelanten en la adopción de estas tecnologías no solo contribuirán a la descarbonización, sino que también podrán beneficiarse de importantes ventajas competitivas y ahorros en sus costes energéticos.

En Segrevicar ofrecemos soluciones de almacenamiento adaptadas a cada necesidad, desde sistemas domésticos hasta grandes instalaciones industriales. Contacta con nosotros para analizar qué tecnología se adapta mejor a tus objetivos energéticos y ambientales.