ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA Y CELDAS SOLARES FLOTANTES

Después de la pandemia, el repunte de la actividad económica mundial incrementará el consumo de energía en aproximadamente 3% anual durante los próximos tres años, alcanzando una demanda total estimada de 2 mil 500 terawatts-hora (TWh) para 2025. Este repunte en el consumo eléctrico, así como la continua aparición de climas extremos, pondrán a prueba la confiabilidad en el abastecimiento de energía de la red eléctrica en el mundo.

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Los defensores del desarrollo sustentable desean y esperan que todo este nuevo consumo eléctrico sea abastecido con electricidad libre de emisiones contaminantes. La energía renovable, especialmente la solar y la del viento, aumentarán su participación en la matriz mundial de consumo de energía de 29% en 2022 a 35% en 2025. Ante estos escenarios los sistemas generadores de energía tendrán que ser más flexibles y la red eléctrica de cada nación tendrá la presión de asegurar el abastecimiento de electricidad a su pueblo en tiempo y forma, poniendo a prueba la fortaleza y resistencia de la distribución de energía a través de su red en forma oportuna y segura. Es precisamente la transición tecnológica durante estos próximos años que será puesta a prueba siendo clave de su éxito el desarrollo de dispositivos de almacenamiento de energía de larga duración.

Crecimiento de la energía solar a través de celdas flotantes

El desarrollo y los costos de la tecnología de la energía solar la colocan como punta de lanza para la transición antes mencionada. Es un hecho que el costo de la generación de energía solar ha caído en los últimos diez años, convirtiéndola en la fuente de energía renovable más barata en el mundo. Esto no sólo se debe a que la energía solar es más barata, sino que se han descubierto más espacios para ubicación de celdas solares en lugares que harían más rentable la luz solar.

Específicamente, los investigadores están analizando la posibilidad de colocar paneles solares sobre acumulaciones artificiales de agua, ya sea flotando o suspendidos por cables. La limitante de la expansión de celdas solares en el mundo es el costo de la tierra y sus rentas elevadas para la colocación de estas. Sin embargo, se ha descubierto que si se colocaran celdas solares sobre mantos de agua artificiales se logran dos efectos simultáneos, el enfriamiento del agua debajo de los paneles solares les permitirían operar más eficientemente en climas muy calientes y al mismo tiempo se disminuiría la evaporación del agua por las celdas solares que protegen a los cuerpos acuíferos. Por este motivo, los beneficios de estas celdas solares flotantes son más evidentes para países con problemas de escasez de agua. De esta manera, ya no se necesitaría tener tierra disponible rentable para la colocación de las celdas solares.

Las celdas solares flotantes es el descubrimiento más importante en el área de energía solar. Los expertos estiman en forma conservadora que podrían generarse 9 mil 400 TWh por año, evitando la evaporación del agua de más de 100 kilómetros cúbicos en el mundo.

El USADepartmentofEnergy’sSandia NationalLaboratory,desarrolló un modelo de desempeño de las celdas flotantes en diferentes condiciones de clima en el mundo, tomando información sobre diferentes temperaturas, radiación solar y velocidad del viento. Esta información se recopiló en las últimas dos décadas a través de dos sistemas satelitales. Una ventaja adicional que encontró es que muchas de estas reservas de agua se encuentran cerca de centros de población muy necesitados de incrementar su consumo de energía eléctrica y muy cerca de su red de distribución eléctrica, haciendo más factible la generación de energía solar con celdas flotantes.

Si estos cuerpos de agua se utilizaran también para producir hidroelectricidad, ambas fuentes de energía se podrían combinar y unificar para mantener un nivel de producción de energía constante en todas las épocas del año (aún en temporadas de sequía).

El único obstáculo sería que esas aguas no recibirían luz solar y aunque se lograría por una parte limitar el crecimiento de algas dañinas en esas aguas, también impediría el desarrollo del ecosistema que existiera en dichas aguas.

Para evitar este efecto en los cuerpos de agua del planeta, los investigadores asumen que solo utilizarían 30% de la superficie de dichos mantos acuíferos o 30 kilómetros cuadrados de superficie, lo que sea menor. Los investigadores lo definen como una restricción en su modelo de 30/30.

Celdas solares flotantes Inicialmente los investigadores calcularon la posibilidad de producir 9 mil 400 TWh cada año con celdas solares flotantes. Si se estima que el consumo mundial es de 22 mil 800 TWh, entonces el sistema de celdas solares flotantes podría aportar 40% de las necesidades mundiales de electricidad.

Sin embargo, el modelo recalculó las posibilidades con la restricción 30/30, resultando que podría aún aportar cerca de 4 mil 300 TWh. 44% de esta energía podría producirse en Estados Unidos (aproximadamente mil 900 TWh del total de 3 mil 900 TWh que consume actualmente ese país).

El modelo aclara que la energía no está distribuida uniformemente, ya que los países nórdicos así como partes del norte de Canadá tienen una menor exposición al sol que otros países.

La gran noticia es que el modelo identificó los diez países con mayor potencial para la colocación de las celdas solares flotantes, y en esa lista México aparece en el séptimo lugar. El modelo identificó 40 países que podrían satisfacer su consumo total de energía solo con celdas solares flotantes, especificando que el punto crítico sería desarrollar medios de almacenamiento de energía de mayor duración. Asimismo, el modelo identificó 150 ciudades con poblaciones mayores a un millón de personas que podrían abastecer su demanda total de electricidad colocando paneles solares flotantes en reservas de agua cercanos a ellas.

A pesar de los beneficios de reducir la evaporación de agua, el modelo también especifica que la instalación de celdas solares flotantes es más cara que la que se realiza en tierra, ya que resulta un poco más difícil colocarse en forma inclinada para absorber el sol como lo hacen las celdas solares terrestres.

Almacenamiento de energía de larga duración

La restricción más importante para el éxito de las celdas solares flotantes que pronostica el modelo antes mencionado es la existencia y comercialización de baterías de almacenamiento de energía de larga duración.

¿Cuál

es la visión de este proceso?

La Oficina de Transición Tecnológica del Departamento de Energía de Estados Unidos, se asoció con el Instituto Eléctrico Edison (IEE), el Instituto de Investigación de Energía Eléctrica (IIEE), y con el Consejo de Almacenamiento de Energía de Larga Duración (Long Duration Energy Storage Council: CAELD), firmando un ‘Memorando de Entendimiento` (MDE) entre las partes para el desarrollo comercial de almacenamiento de energía de larga duración, que favorecería principalmente a las energías renovables.

Para consolidar la confianza en el abastecimiento de energía por parte de la red eléctrica, las tecnologías de almacenamiento de energía de larga duración son el elemento crítico para apoyar a los usuarios de la red de energía eléctrica a poder manejar la disponibilidad de energía de acuerdo a las fluctuaciones estacionales en la demanda de energía. Este es el elemento clave para asegurar estabilidad y confianza en el abastecimiento de energía de fuentes renovables a la red eléctrica mundial.

Es importante estar alertas a este tipo de magníficas alianzas que se comprometen a desarrollar las necesidades de almacenamiento seguro de la energía para asegurar un futuro de energías limpias, seguras y estables en todo momento.

Debate para 2030

En el ‘Memorando de Entendimiento’ firmado por la OTT, DOE, IEE, IIEE y el CAELD, se establecieron los siguientes compromisos:

• Las oficinas e investigadores involucrados se comprometen a seguir con el desarrollo de almacenamientos de energía de larga duración para extender su uso en el mercado.

• Buscar el desarrollo y manufactura doméstica en Estados Unidos de los meca- nismos de almacenamiento de energía de larga duración para 2030.

• Permitir la comprensión y diseminación mundial del conocimiento de los beneficios tecnológicos, económicos, y de resistencia que ofrecen estos medios de almacenamiento de energía de larga duración que beneficiarán la red eléctrica de cada nación.

• Ofrecer apoyos a estos grupos de investigación con acceso mutuo a sus laboratorios, a su infraestructura energética para su investigación, su desarrollo, demostraciones, y llevar el desarrollo piloto y práctico de sus aplicaciones donde estén trabajando con todos sus clientes o posibles consumidores futuros.

• Convocar a reguladores de la industria eléctrica, los proveedores de tecnología, y la comunidad financiera para identificar cualquier barrera que pueda oponerse al desarrollo de sistemas de almacenamiento de energía de larga duración y encontrar la forma de destrabarlas para su éxito comercial en 2030.

Resulta clave el desarrollo de estas formas de almacenamiento de energía de larga duración para poder apoyar la transición mundial hacia las energías limpias.

La firma de este “Memorando De Entendimiento” es un ejemplo de la importancia del trabajo coordinado y en equipo para el bien de la humanidad, trabajando en conjunto y armonía tecnólogos, equipos de investigación económica y regulatoria y los politó- logos para que estudien las barreras que se pueden encontrar y la forma de destrabarlas, para la aplicación práctica de estos tipos de almacenamiento de energía de más larga duración.

El mundo está a la expectativa ya que el desarrollo de estos proyectos tiene el último fin de fortalecer las redes eléctricas y preparar el camino rumbo a la descarbonización ya que el avance en la tecnología de almacenamiento de energía de más larga duración evitaría la intermitencia del abastecimiento de las energías renovables.

El planeta busca un mundo global de cero emisiones contaminantes y las energías renovables serían útiles para este fin sólo si son flexibles, confiables, uniformes, económicas y seguras. Por ello, las tecnologías de almacenamiento de más larga duración son vitales para conseguirlo. Este equipo multidisciplinario sigue la recomendación del liderazgo de la sabiduría de Mahatma Gandhi: “La mejor forma de encontrarte es perderte en el servicio a los demás”. Le deseamos toda la suerte a este grupo interdisciplinario de investigación para lograr descarbonizar el planeta hacia 2030.