La nueva era del almacenamiento de energía

Estos meses de confinamiento estamos asistiendo a cifras record de penetración renovable en el mix de generación debido por una parte a la reducción de la demanda y por otro a la creciente instalación solar y eólica en el mundo. En cierto modo, ha sido como un ensayo de lo que será el mix de generación en el futuro cuando las renovables variables VRE (eólica y solar principalmente) sean las que aporten la mayor parte de la producción eléctrica.

Pero para que eso llegue a ser viable, es necesario que se instale eólica y solar a gran escala (cosa que ya está ocurriendo) pero también que éstas sean gestionables teniendo en cuenta que son recursos intermitentes. Y es aquí donde entran 2 elementos básicos: la interconexión de redes y el almacenamiento.

El almacenamiento permite varias cosas:

  • Dar servicios auxiliares a las redes para mantener su estabilidad
  • Servir de recurso para atender picos de demanda
  • Desacoplar generación y demanda

Pese a ser uno de los pilares de la transición energética, es un sector emergente bastante desconocido pero donde 2020 parece que está siendo un año de despegue definitivo.

Tipos de almacenamiento

El almacenamiento de energía se ha hecho de forma tradicional con estaciones de bombeo hidraúlico pero son las baterías de Ión Litio las que han llegado para revolucionar este mercado.

Existen 4 tipos de dispositivos de almacenamiento:

  • Mecánicos: son los tradicionales como el bombeo hidraúlico y el aire comprimido (CAES). Aquí también estamos viendo nuevos conceptos como los basados en sistemas gravitacionales con start-ups como EnergyVault o Gravitricity
  • Electroquímico: baterías de diferentes tecnologías como LiOn, flujo o NaS
  • Eléctricos: grandes capacitores
  • Térmico: sistemas basados en calor como las sales de los CSP o conceptos nuevos como HighView power
  • Químico: el hidrógeno

Como se ve, hay gran cantidad de soluciones tecnológicas, desde las super maduras como el bombeo hidráulico a nuevos conceptos como los gravitacionales o las baterías de flujo.

Además, cada tecnología tiene unas capacidades de potencia y duración. Para entender estos 2 conceptos, es muy útil el símil de la botella: la potencia (MW) sería el tamaño de la boca y la energía (MWh) sería la capacidad del recipiente. La relación entre capacidad y potencia es la duración (h), es decir, en el tiempo que se vacía la botella.  

Un tercer elemento a tener en cuenta es la densidad de energía. El bombeo hidráulico puede generar cientos de MW durante horas, pero necesita un volumen gigante para ello (además de las limitaciones geográficas)

Y por supuesto, está el criterio principal de negocio: el coste. Y aquí es donde las baterías LiOn son actualmente imbatibles y las previsiones dicen que el volumen de fabricación de los EVs las harán mucho más baratas en unos años.

Madurez, coste, eficiencia y densidad de energía son las principales razones por las que el 90% de los proyectos de almacenamiento con baterías son actualmente con tecnología LiOn.

Principales aplicaciones

Hay multitud de aplicaciones teóricas para el almacenamiento y en el futuro, conforme crezca la penetración de renovables variables, surgirán aún más. Podemos agruparlas en grandes grupos:

  • Servicios de red: el almacenamiento será la herramienta secreta para los operadores de red (TSOs). Con aplicaciones que van desde ajustes de segundos a horas, se puede mantener la estabilidad de la red como se está demostrando estos días.
  • Arbitraje: o almacenar energía para venderla posteriormente. Será una aplicación que crecerá mucho cuando las baterías tengan duraciones mayores. Ya hay quien dice que tendrá que reinventarse ya que esta aplicación se basa en las diferencias de precio de la electricidad en un periodo y precisamente este servicio aplanará esta curva.
  • Integración de renovables: especialmente con la solar. Hay estudios que calculan en varios puntos la mejora de TIR de un proyecto solar al introducir almacenamiento ya que se puede optimizar la producción tanto en cantidad (evitando pérdidas) como en valor (almacenando en horas valle) 

Cadena de valor

Aunque el mercado del almacenamiento de energía es un sector relativamente pequeño e inmaduro, su cadena de valor es una de las más competitivas y con grandes players debido a que comparte mercado con el coche eléctrico. A grandes rasgos, estos son las principales compañías:

  • Materiales: grandes compañías mineras que controlan el Litio y el resto de materiales necesarios. Conforme vayan evolucionando las tecnologías, se necesitarán más de algunos y menos de otros (Colbalto).
  • Celdas de baterías: aquí las compañías coreanas y japonesas han dominado históricamente el mercado: LG, Samsung y Panasonic. Pero como en todo sector de volumen y coste, los chinos están entrando muy fuerte y compañías como CATL y BYD ya son líderes de mercado con su tecnologías LFP que es más barata y segura que la NMC
  • Integradores: este es, en mi opinión, el elemento clave del sector. Los integradores son los que aportan el valor con software de gestión (BMS, EMS), integración de componentes, pruebas, puesta en marcha y O&M. Los líderes aquí son Tesla, Fluence, NEC, GreenSmith (Wartsila) y Nidec.
  • Developers: suelen ser compañías ya activas en renovables que expanden sus proyectos hacia el almacenamiento como AES, Neoen, FPL, RES, etc   

Como explicaba muy bien en un reciente artículo sobre el futuro de la fabricación de las baterías Sergio Fernández Munguía, la UE está haciendo esfuerzos por no quedarse atrás en este negocio. Personalmente, creo que tanto la UE como España debería centrar sus esfuerzos en posicionarse con compañías líderes en la parte de integración y desarrollo ya que es donde está el valor y donde se puede aprovechar la experiencia de eólica y solar, donde somos líderes mundiales. En España ya hay compañías ofreciendo soluciones de integración muy interesantes como Gamesa Electric, Power electronics o Ingeteam y también hay start-ups como BeePlanet que se orientan hacia la economía circular con propuestas integradas con mucho potencial

Proyectos

Como hemos visto, existen multitud de aplicaciones para las baterías, pero las 5 que están actualmente empujando el mercado por tener flujos de ingresos asegurados son las siguientes:

  1. Solar+Almacenamiento: multitud de proyectos anunciados entre los que destacan el recientemente aprobado Gemini en USA con 690MW PV + 380MW/1400MWh de almacenamiento. En Hawaii se acaban de publicar los adjudicatarios que ejecutaran varios proyectos solar+almacenamiento para un total de 460MW y 3GWh. En Europa se ha anunciado recientemente el proyecto Cleve Hill en UK con 350MW PV+350MW/700MWh.
  • Generación de demanda pico, es decir, sustitución de las famosas centrales “peakers” en USA. Estas centrales son de petróleo o gas y atienden picos de demanda. Se caracterizan por ser muy antiguas, contaminantes y tener unas horas de funcionamiento bajísimas. En esta página se pueden ver algunas de las más de 1000 que hay en USA y llama la atención los bajísimos factores de capacidad que tienen. Ya sea por su poco sentido económico o , sobre todo, por ser muy contaminantes (y muchas dentro de núcleos urbanos), son candidatos perfectos para ser sustituidos por baterías conforme éstas puedan asegurar más horas de almacenamiento y el LCoE se reduzca. En un reciente artículo de BNEF, ya se confirmaba que en muchos proyectos ya es más barato instalar baterías que peakers. Por el momento ya se están anunciando varios proyectos sobre todo en California y en construcción está el de Alamitos de 100MW/400MWh desarrollada por AES/Fluence y que estará operativo en 2021. La mayor parte de proyectos actualmente son de 4h de duración pero ya ha habido alguno anunciado en Hawaii de 8h, cifras que abrirían muchísimo el rango de plantas peakers a sustituir

Como se ve, ya hay muchos proyectos de más de 100MW y 4h de duración, cifras que hace unos años parecían impensables. Parece que las baterías para almacenamiento han alcanzado su mayoría de edad y en los próximos años veremos cada vez más aplicaciones donde serán rentables. La evolución tecnológica y de coste se da por hecha, pero debe haber una apuesta decidida en la legislación para acelerar su crecimiento y de este modo apoyar la generación eléctrica renovable.

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