La UPM crea una tecnología para almacenar y distribuir energía barata de fuentes renovables

Por un lado tenemos precios del gas disparados que encarecen la electricidad y el propio consumo del hidrocarburo. Por otro tenemos fuentes de energía renovables que no se inyectan en el sistema y se pierde.

Investigadores del Instituto de Energía Solar de la Universidad Politécnica de Madrid (IES-UPM) han encontrado una posible solución: un sistema que podría almacenar grandes cantidades de electricidad renovable durante largos periodos de tiempo de forma muy económica y proporcionar calor y electricidad bajo demanda.

'Calor latente'

El sistema, descrito en un artículo publicado recientemente en Joule, utiliza la generación excedente a partir de energías renovables intermitentes, como la solar o la eólica, para fundir metales baratos, como el silicio o las aleaciones de ferrosilicio, a temperaturas superiores a los 1.000ºC.

Las aleaciones de silicio pueden almacenar grandes cantidades de energía durante su proceso de fusión. Este tipo de energía se llama “calor latente”.

Los generadores termofotovoltaicos son como instalaciones fotovoltaicas en miniatura que pueden producir hasta 100 veces más potencia que una planta de energía solar

Por ejemplo, un litro de silicio almacena más de 1 kWh de energía en forma de calor latente, que es precisamente la cantidad de energía que contiene un litro de hidrógeno presurizado a 500 atmósferas.

Sin embargo, a diferencia del hidrógeno, el silicio se puede almacenar menor presión, lo que hace que el sistema sea potencialmente más económico y seguro.

El Sol encerrado en una pila

Una clave del sistema se refiere a la forma en que el calor almacenado se convierte en electricidad. Cuando el silicio se funde a más de 1.000ºC brilla como el Sol. Por lo tanto, es posible volver a convertir el calor irradiado en electricidad utilizando células fotovoltaicas.

Los llamados generadores termofotovoltaicos son como instalaciones fotovoltaicas en miniatura que pueden producir hasta 100 veces más potencia que una planta de energía solar convencional.

“Gran parte de esta electricidad se producirá cuando no haya demanda, por lo que se venderá muy barata en el mercado eléctrico”

En otras palabras: si un metro cuadrado de panel solar produce 200 W, un metro cuadrado de panel termofotovoltaico produce 20 kW. Y no solo la potencia, sino que la eficiencia de conversión también es mayor.

La eficiencia de las células termofotovoltaicas oscila entre el 30 y el 40% en función de la temperatura de la fuente de calor. Comparativamente, los paneles solares fotovoltaicos comerciales tienen eficiencias de entre el 15% y el 20%.

“Gran parte de esta electricidad se producirá cuando no haya demanda, por lo que se venderá muy barata en el mercado eléctrico”, señala Alejandro Datas, investigador del IES-UPM que lidera el proyecto.

“Por tanto, es fundamental almacenar esta electricidad en un sistema muy barato, ya que no tendría sentido almacenar algo tan barato en una caja muy cara. Por eso, almacenar electricidad excedente en forma de calor tiene mucho sentido, ya que es una de las formas más baratas de almacenar energía”, continúa el investigador.

En particular, las aleaciones de silicio y ferrosilicio pueden almacenar energía a un costo de menos de 4 € por kWh, que es 100 veces más barato que las actuales baterías estacionarias de iones de litio.

El coste total será mayor tras incorporar el contenedor y el aislamiento térmico. Pero, según el estudio, sería posible alcanzar costes en torno a los 10 € por kWh si el sistema es suficientemente grande, típicamente más de 10 MWh, ya que el coste del aislamiento térmico sería una pequeña fracción del coste total del sistema.

Menos consumo de gas

Afirman los investigadores que el 60-70% restante del calor que no se convierte en electricidad puede entregarse directamente a edificios, fábricas o ciudades, lo que reduciría su consumo de gas natural.

El calor representa más del 50% de la demanda mundial de energía y el 40% de las emisiones mundiales de CO2. Por tanto, “desarrollar este tipo de sistemas puede ser clave para reducir nuestra dependencia de los combustibles fósiles, no solo en el sector eléctrico, sino también en el térmico”, concluye Datas.

Se necesitan capacidades de almacenamiento de energía de más de 10 MWh para que esta tecnología sea rentable

El primer prototipo a escala de laboratorio del sistema que se ha fabricado en el marco de un proyecto europeo (AMADEUS) ya está disponible en el IES-UPM, y en dicho estudio se han publicado los primeros resultados experimentales. Esta es la culminación de más de 10 años de investigación en el IES-UPM.

Sin embargo, la tecnología todavía necesita mucha inversión antes de que pueda llegar al mercado. Por ejemplo, el prototipo de laboratorio actual tiene menos de 1 kWh de capacidad de almacenamiento, pero se necesitan capacidades de almacenamiento de energía de más de 10 MWh para que esta tecnología sea rentable.