Uno de los problemas constantes de las energías renovables, como los sistemas eólicos o la energía solar fotovoltaica, es que tienen un exceso de suministro cuando brilla el sol o sopla el viento, pero pueden provocar escasez de electricidad cuando el sol se pone o el viento baja. La forma de superar la intermitencia de la energía eólica y solar es almacenarla cuando hay exceso de oferta para utilizarla más tarde, o cuando escasea.
Para almacenar la energía renovable se utilizan varias tecnologías, una de las cuales es la hidroeléctrica de bombeo. Esta forma de almacenamiento de energía representa más del 90% del almacenamiento actual de energía de alta capacidad del planeta. La electricidad se utiliza para bombear agua a embalses situados a mayor altitud durante los periodos de baja demanda energética. Cuando la demanda es mayor, el agua se conduce a través de turbinas situadas a menor altitud y se convierte de nuevo en electricidad. El almacenamiento por bombeo también es útil para controlar los niveles de tensión y mantener la calidad de la energía en la red. Es un sistema probado, pero tiene inconvenientes.
Los proyectos hidroeléctricos son grandes y caros, con costes de capital prohibitivos, y tienen exigentes requisitos geográficos. Tienen que estar situados en zonas montañosas con abundancia de agua. Si el mundo quiere alcanzar los objetivos de emisiones netas cero, necesita sistemas de almacenamiento de energía que puedan situarse en casi cualquier lugar y a gran escala. Las normas de la CEI garantizan que los proyectos hidroeléctricos sean seguros y eficientes. El Comité Técnico 4 de la CEI publica una serie de normas que especifican las turbinas hidráulicas y los equipos asociados. El Comité Técnico 57 de la CEI publica normas básicas para la red inteligente. Una de sus normas clave, la IEC 61850, especifica el papel de la energía hidráulica y la ayuda a interoperar con la red eléctrica a medida que se digitaliza y automatiza.
Las baterías de iones de litio mejoran
Las baterías son otra de las soluciones obvias para el almacenamiento de energía. De momento, las baterías de iones de litio son la opción favorita. Los servicios públicos de todo el mundo han aumentado su capacidad de almacenamiento con baterías de litio de gran tamaño, enormes paquetes que pueden almacenar entre 100 y 800 megavatios (MW) de energía. La instalación de almacenamiento de energía de Moss Landing, en California, es una de las mayores del mundo, con una capacidad total de 750 MW/3 000 MWh.
El precio de las baterías de litio ha bajado enormemente en los últimos años y han sido capaces de almacenar cantidades cada vez mayores de energía. Muchos de los avances de estas baterías se deben a la carrera de la industria automovilística por fabricar baterías de litio más pequeñas, baratas y potentes para los coches eléctricos. La potencia producida por cada célula de iones de litio es de unos 3,6 voltios (V). Es superior a la de las pilas estándar de níquel-cadmio, níquel-hidruro metálico e incluso a la de las pilas alcalinas estándar, de unos 1,5 V, y a la del plomo-ácido, de unos 2 V por pila, por lo que se necesitan menos pilas en muchas aplicaciones de baterías. Las pilas de iones de litio están normalizadas por IEC TC 21, que publica la serie IEC 62660 sobre pilas secundarias de iones de litio para la propulsión de vehículos eléctricos. TC 21 también publica normas para sistemas de almacenamiento de energías renovables. La primera, IEC 61427-1, especifica los requisitos generales y los métodos de ensayo para aplicaciones fuera de la red y electricidad generada por módulos fotovoltaicos.
La segunda, IEC 61427-2, hace lo mismo pero para aplicaciones en red, con aporte de energía de grandes parques eólicos y solares. «Las normas se centran en la caracterización adecuada del rendimiento de la batería, tanto si se utiliza para alimentar una nevera de almacenamiento de vacunas en los trópicos como para evitar apagones en las redes eléctricas de todo el país. Estas normas son en gran medida agnósticas desde el punto de vista químico. Permiten a los planificadores de servicios públicos o a los clientes finales comparar manzanas con manzanas, incluso cuando se trata de baterías de diferentes químicas», dice Herbert Giess, experto del TC 21.
El TC 120 de la CEI se creó específicamente para publicar normas en el campo de los sistemas de almacenamiento de energía eléctrica (EES) integrados en la red, con el fin de cumplir los requisitos de ésta. Un sistema EES es un sistema integrado con componentes, que pueden ser baterías ya normalizadas. El CT está trabajando en una nueva norma, IEC 62933-5-4, que especificará métodos y procedimientos de ensayo de seguridad para sistemas basados en baterías de litio para el almacenamiento de energía. IECEE (IEC System of Conformity Assessment Schemes for Electrotechnical Equipment and Components) es uno de los cuatro sistemas de evaluación de la conformidad administrados por la CEI. Este sistema comprueba la seguridad, el rendimiento, la interoperabilidad de los componentes, la eficiencia energética, la compatibilidad electromagnética (CEM) y la peligrosidad de las pilas.
Preocupación por la seguridad y el reciclado
Sin embargo, las desventajas del uso de baterías de litio para el almacenamiento de energía son múltiples y están bastante bien documentadas. El rendimiento de las pilas de iones de litio se degrada con el tiempo, lo que limita su capacidad de almacenamiento. También se han planteado problemas y preocupaciones sobre el reciclaje de las baterías, una vez que ya no pueden cumplir su capacidad de almacenamiento, así como sobre el abastecimiento de litio y cobalto necesario. El cobalto, en particular, suele extraerse de manera informal, incluso por niños. Uno de los principales productores de cobalto es la República Democrática del Congo. El reto del almacenamiento de energía también se aborda a través de proyectos del Fondo de Impacto Global de la CEI. El reciclaje del li-ion es uno de los aspectos que se están estudiando.
Por último, el li-ion es inflamable y un número considerable de plantas de almacenamiento de energía con baterías de li-ion en Corea del Sur ardieron entre 2017 y 2019. Si bien se han identificado las causas, en particular las malas prácticas de instalación, hubo una falta de conciencia de los riesgos asociados con el li-ion, incluido el escape térmico.
IEC TC 120 ha publicado recientemente una nueva norma que analiza cómo los sistemas de almacenamiento de energía basados en baterías pueden utilizar baterías recicladas. La norma IEC 62933-4-4 pretende «revisar los posibles impactos en el medio ambiente derivados de las baterías reutilizadas y definir los requisitos adecuados».
Nueva tecnología de baterías
Están surgiendo otras tecnologías de baterías, como las baterías de estado sólido o SSB. Según la consultora B2B IDTechEx, éstas se están convirtiendo en las favoritas en la carrera por la tecnología de baterías de nueva generación. Las baterías de estado sólido sustituyen el electrolito líquido inflamable por un electrolito de estado sólido (SSE), que ofrece ventajas de seguridad inherentes. Los SSE también abren la puerta al uso de distintos materiales de cátodo y ánodo, ampliando las posibilidades de diseño de las baterías. Aunque algunas SSB se basan en la química li-ion, no todas siguen este camino. El problema es que las verdaderas BLU, sin líquido alguno, están muy lejos de salir al mercado, aunque parezcan una alternativa prometedora en algún momento del futuro.
Según IDTechEx, la adopción de las SSB se enfrenta a retos como el elevado gasto de capital, unos costes operativos comparables y un precio elevado. Hay que presentar propuestas de valor claras para que el público las acepte. Es posible que el mercado acepte las SSB, aunque contengan pequeñas cantidades de polímeros líquidos o de gel, siempre que ofrezcan las prestaciones deseadas. Las baterías semisólidas híbridas podrían constituir una vía de transición y ofrecer mejores prestaciones. A corto plazo, las SSB híbridas, que contienen una pequeña cantidad de gel o líquido, pueden llegar a ser más comunes.
La carrera por la próxima generación de baterías está en marcha. Aunque todavía no existen normas para estas nuevas baterías, se espera que surjan cuando el mercado las requiera.
Autora: Catherine Bischofberger
La Comisión Electrotécnica Internacional (CEI) es una organización mundial sin ánimo de lucro que agrupa a 174 países y coordina el trabajo de 30.000 expertos en todo el mundo. Las normas internacionales de la CEI y la evaluación de la conformidad sustentan el comercio internacional de productos eléctricos y electrónicos. Facilitan el acceso a la electricidad y verifican la seguridad, el rendimiento y la interoperabilidad de los dispositivos y sistemas eléctricos y electrónicos, incluyendo, por ejemplo, dispositivos de consumo como teléfonos móviles o frigoríficos, equipos médicos y de oficina, tecnología de la información, generación de electricidad y mucho más.
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