Background
En un mundo en transición hacia un modelo de producción energética descarbonizado y sostenible, las energías renovables, tanto la solar (fotovoltaica y termosolar) como la eólica están llamadas a jugar un papel principal. Sin embargo, tienen un serio inconveniente: su recurso (sol, viento) es muy variable. Debido a ello, resulta difícil planificar y generar de manera estable la producción eléctrica (picos y alteraciones de tensión en la red). Además, estas energías alternan periodos de producción eléctrica nula (noche, ausencia de viento). La solución es, por tanto, almacenar la energía excedente en los periodos de producción, liberándola durante los periodos sin producción.
En sinergia con lo anterior, aparece la cuestión del desarrollo de la movilidad sostenible. Esta movilidad, ligada a la electrificación completa del transporte necesita de baterías avanzadas de muy alta densidad energética y capacidad de recarga. Por poner cifras, la batería “clásica” de ion-Litio alcanza típicamente unos 200 Wh/Kg y los 400 Wh/L, siendo el objetivo duplicar estos valores.
En paralelo, el coste de la batería debe situarse debajo de un umbral. Actualmente, el coste de “battery pack” se sitúa entre 200 y 300$/kWh. Diferentes estudios apuntan a que umbral de competitividad plena se estima alrededor de los 150$/kWh y que podría conseguirse hacia 2020-2025.
El resultado de todo ello es un fuerte impulso e incentivación al desarrollo tecnológico en la química y componentes de baterías que, progresivamente, se irá trasladando al sector de la generación eléctrica.
Descripción del reto
El almacenamiento energético es muy complejo y se presenta a muy diferentes escalas, desde las aplicaciones domésticas (hogar, vehículo) a las grandes plantas de producción eléctrica con potencias de decenas de MW. A grandes rasgos, el almacenamiento es la llave para:
- “Gestionabilidad” de la red eléctrica del futuro: el control y gestión de la producción solar y eólica será clave para la integración energética a gran escala de la electricidad renovable y sostenible en un sistema eléctrico, el cual estará cada vez más descarbonizado.
- Generación distribuida: para que el usuario, incluso doméstico pueda convertirse en un pequeño productor eléctrico, minimizando así las pérdidas por distribución a gran distancia de la electricidad y rebajando los costes de producción eléctrica.
- Una movilidad sostenible: La electrificación del transporte es una necesidad para la descarbonización de este sector, basado hasta ahora en los combustibles fósiles. Los avances en tecnología de baterías deberán de resolver los actuales inconvenientes de los vehículos eléctricos (autonomía, rapidez de recarga, seguridad).
Sin embargo, hay que decir que, en la actualidad, aún a pesar de los avances tecnológicos y de la intensa labor de I+D realizada, la tecnología de almacenamiento dista de estar plenamente resulta, tanto a nivel tecnológico como, especialmente, a nivel de costes y de comercialización de los sistemas.
¿Qué se busca?
En general, se busca que el coste de los sistemas comerciales con almacenamiento sea competitivo con el coste de la electricidad de red. Para ello, se requiere:
- Avances en la tecnología de materiales, especialmente en el diseño del ánodo en el caso de baterías de ion-litio
- Nuevas ideas de química de las baterías, más allá del ion-litio en baterías estacionarias y también para el desarrollo de las baterías de flujo.
- Avances en el escalado de los procesos productivos desde el laboratorio a la escala piloto e industrial, mejorando los cuellos de botella de los procesos productivos
- Mejoras en los procesos industriales de fabricación de las baterías que conlleven una reducción del coste final del producto.
- Nuevas ideas de modelo de negocio para implantación comercial de sistemas de almacenamiento energético en escalas: del orden de kW a nivel doméstico y del orden de MW a nivel industrial.
- Desarrollos e ideas de negocio basados en el concepto de “Smart grid” y “plantas virtuales de producción eléctrica” para gestión eléctrica integrada en tiempo real de varios sistemas de producción eléctrica más almacenamiento
- De manera orientativa, los objetivos de prestaciones de baterías se pueden situar en:
- Sistemas móviles: coste < 150 $/kWh y densidad de almacenamiento > 400 Wh/kg, 800 Wh/L
- Sistemas estacionarios: coste 100 $/kWh, densidad > 150 Wh/kg y vida útil de 10-15 años (5,000 – 10,000 ciclos)
- Específicamente para Vehículo eléctrico los retos serían los siguientes:
- Autonomía turismos: superior a los 300 km (ciclo NEDC)
- Desarrollo de sistemas de recarga:
- Red de super-cargadores para tiempos de recarga inferior a 15 min
- Desarrollo de sistemas de recarga inalámbrica (especialmente en transporte público)
