La transició energètica és un procés global que se centra en canviar la producció i el consum d’energia des de fonts basades en combustibles fòssils, com el carbó, el petroli i el gas natural, cap a fonts d’energia renovables, com l’energia solar, eòlica, hidroelèctrica i geotèrmica per reduir les emissions de gasos amb efecte d’hivernacle i combatre el canvi climàtic, millorar la seguretat energètica i fomentar el desenvolupament sostenible.
1. Definició i objectius de la transició energètica
La transició energètica implica una reestructuració profunda del sistema energètic a tots els nivells: tecnològic, econòmic, social i ambiental.
Els objectius són múltiples; des de la reducció de la dependència dels combustibles fòssils i la mitigació del canvi climàtic fins a la promoció de l’eficiència energètica.
El rol de l’emmagatzematge energètic a la transició energètica
L’emmagatzematge energètic juga ja un paper crucial en la transició energètica per diverses raons:
- Integració d’energies renovables: Les fonts d’energia renovable, com la solar i l’eòlica, són intermitents i no sempre produeixen energia quan cal. L’emmagatzematge energètic permet capturar l’energia produïda en moments d’alta generació i alliberar-la durant els períodes de demanda o quan la generació és baixa.
- Estabilització de la xarxa: L’emmagatzematge energètic pot respondre ràpidament a les fluctuacions de la demanda d’energia, cosa que ajuda a mantenir l’estabilitat i la fiabilitat de la xarxa elèctrica.
- Optimització de recursos: L’emmagatzematge permet una gestió més eficient de l’energia, reduint la necessitat d’invertir en infraestructures de generació addicionals i minimitzant el malbaratament d’energia renovable que no es pot utilitzar immediatament.
Reptes i oportunitats de la transició energètica
Els reptes de la transició energètica inclouen:
- Costos inicials: La infraestructura per a les energies renovables i l’emmagatzematge energètic requereix una inversió significativa inicial. Tot i que els costos estan disminuint, encara poden ser un obstacle per a la seva adopció generalitzada.
- Regulacions i polítiques: Molts sistemes reguladors i mercats energètics estan dissenyats al voltant dels combustibles fòssils. Calen canvis normatius per facilitar la integració de les energies renovables i l’emmagatzematge energètic.
- Tecnologia i capacitat: El desenvolupament i la implementació de tecnologies d’emmagatzematge avançades encara estan en curs. Augmentar la capacitat i millorar l’eficiència són essencials per satisfer les demandes energètiques.
D’altra banda, les oportunitats són igualment significatives:
- Innovació i desenvolupament tecnològic: Hi ha un gran potencial per a la innovació en tecnologies d’emmagatzematge energètic, com ara bateries avançades, emmagatzematge tèrmic i emmagatzematge mecànic com els volants d’inèrcia.
- Creació d’ocupació: La transició energètica pot ser un motor de creixement econòmic i creació d’ocupació, amb nous llocs de treball a la instal·lació, manteniment i operació d’energies renovables i sistemes d’emmagatzematge.
- Millora de la seguretat energètica: En reduir la dependència dels combustibles fòssils importants i fomentar les fonts locals d’energia renovable, es millora la seguretat energètica de les nacions i es redueix la vulnerabilitat a les fluctuacions del mercat global d’energia.
2. Tecnologies d’emmagatzematge energètic
L’emmagatzematge d’energia és un component vital per a la transició energètica. Ofereix la capacitat de retenir energia produïda en un moment i utilitzar-la en un altre, cosa que és crucial per a fonts renovables intermitents com el sol o el vent.
Tipus d’emmagatzematge:
- Químic (bateries): Les bateries, especialment les de ió-liti, són protagonistes en l’emmagatzematge energètic per la seva alta densitat energètica i la portabilitat. Aquestes es fan servir tant en aplicacions autònomes, on operen de manera independent per subministrar energia a sistemes aïllats, com ara configuracions híbrides, on complementen altres fonts d’energia renovable, optimitzant l’eficiència i l’estabilitat del subministrament.
- Mecànic: Inclou mètodes com l’energia hidroelèctrica per bombament, que emmagatzema energia mitjançant el bombament d’aigua a una elevació superior, i l’energia cinètica a volants d’inèrcia.
- Tèrmica: Consisteix a emmagatzemar energia en forma de calor, com en sals foses o en materials amb canvi de fase, que poden retenir calor durant períodes perllongats.
- Altres: Inclouen l’emmagatzematge en hidrogen, on l’energia es guarda convertint aigua en hidrogen mitjançant electròlisi i després es fa servir en piles de combustible o es crema directament per generar energia.
Tipus de funcionament
Les tecnologies d’emmagatzematge energètic són diverses i s’adapten a necessitats i contextos diferents dins del sector energètic. A continuació, es detallen les tecnologies relacionades amb els termes específics esmentats:
- Aire comprimit (CAES, per les sigles en anglès): L’emmagatzematge d’energia mitjançant aire comprimit implica comprimir aire i emmagatzemar-lo en contenidors segellats o formacions geològiques subterrànies per al seu ús posterior a la generació d’electricitat. Quan la demanda d’energia és alta, l’aire comprimit s’allibera per impulsar turbines i generar electricitat.
- Emmagatzematge energètic per bombament: Conegut també com a emmagatzematge hidroelèctric per bombament, aquesta tecnologia utilitza dos reservoris d’aigua a diferents alçades. En moments de baixa demanda i excés d’energia, l’aigua es bomba al reservori superior; durant l’alta demanda, l’aigua s’allibera al reservori inferior i genera electricitat a través de turbines hidràuliques.
- Integració amb energies renovables: Bàsicament l’ús de bateries.
- Gas natural sintètic (SNG): El SNG es produeix mitjançant la metanització, un procés que converteix l’hidrogen (obtingut per electròlisi de l’aigua utilitzant energia renovable) i el diòxid de carboni en metà. Aquest gas es pot emmagatzemar i utilitzar a la xarxa de gas natural existent, oferint una solució d’emmagatzematge energètic a llarg termini.
- Emmagatzematge energètic magnètic amb superconductors: Utilitza materials superconductors per emmagatzemar energia elèctrica en forma de camp magnètic. Aquesta tecnologia promet alta eficiència i densitat d’energia amb pèrdues mínimes durant l’emmagatzematge.
- Emmagatzematge energètic mitjançant metà: Similar al SNG, aquesta tecnologia implica emmagatzemar energia en forma de metà, que es pot generar a partir de fonts renovables. El metà emmagatzemat es pot utilitzar com a combustible o esdevenir novament electricitat quan sigui necessari.
- Aplicacions energètiques de l’hidrogen: L’hidrogen es pot emmagatzemar de diverses maneres, inclòs l’hidrogen comprimit en tancs d’alta pressió. S’utilitza en cèl·lules de combustible per generar electricitat o com a combustible directe a diferents sectors, oferint una solució versàtil i de zero emissions per a l’emmagatzematge d’energia.
- Emmagatzematge d’hidrogen comprimit: L’hidrogen comprimit s’emmagatzema en tancs a alta pressió i s’utilitza en sistemes energètics per proporcionar electricitat o com a combustible. La tecnologia implica compressors per comprimir l’hidrogen, tancs per emmagatzemar-los i sistemes de descompressió per utilitzar-los.
Comparativa d’eficiència, costos i aplicabilitat:
- Eficiència: Les bateries d’ió-liti tenen una alta eficiència de cicle de càrrega i descàrrega, però la hidroelèctrica per bombament és més eficient per a l’emmagatzematge a gran escala.
- Costos: El cost de les bateries està disminuint a causa de les millores tecnològiques i la producció en massa, encara que l’emmagatzematge mecànic i tèrmic encara pot ser més econòmic per a aplicacions a gran escala.
- Aplicabilitat: Les bateries són ideals per a aplicacions mòbils i de petita escala, mentre que l’emmagatzematge mecànic i tèrmic sol ser més adequat per a la xarxa elèctrica i la gestió de la demanda a gran escala.
Cada tecnologia té el seu nínxol depenent de la necessitat específica d’emmagatzematge, i l’elecció entre elles sovint es basa en un equilibri entre eficiència, cost i aplicabilitat.
3. Integració d’energies renovables
La integració efectiva de les energies renovables al sistema energètic és un pilar central de la transició cap a una matriu més neta i sostenible.
Facilitació de la integració de fonts renovables intermitents
Les fonts d’energia solar i eòlica són intermitents per naturalesa, ja que la producció d’energia depèn de condicions climàtiques i temporals. Per integrar aquestes fonts de manera efectiva a la xarxa elèctrica, és essencial tenir sistemes que puguin respondre a les fluctuacions de l’oferta i la demanda.
Emmagatzematge per gestionar la variabilitat i la predictibilitat:
L’emmagatzematge d’energia és la clau per manejar la variabilitat de les fonts renovables. Permet acumular energia en períodes d’alta producció i alliberar-la quan la demanda és alta o disminueix la producció. Això no només millora la predictibilitat i la fiabilitat de la xarxa elèctrica, sinó que també maximitza l’eficiència de les fonts renovables.
Casos d’estudi: projectes emblemàtics a escala mundial:
- Granja Solar Noor al Marroc: Un dels projectes solars més grans del món que utilitza emmagatzematge tèrmic en sals foses per proporcionar energia després del capvespre.
- Parc Eòlic Hornsea al Regne Unit: És un dels parcs eòlics marins més grans i demostra com la generació eòlica pot ser integrada a gran escala.
- La gran bateria de Tesla a Austràlia: El sistema de bateries d’ió liti més gran del món, que ha demostrat ser fonamental per estabilitzar la xarxa i manejar pics de demanda.
Aquests projectes il·lustren com la tecnologia d’emmagatzematge i la innovació en la gestió de la xarxa permeten que les energies renovables intermitents es converteixin en fonts d’energia primàries i fiables a diferents parts del món.
4. Millora de l’estabilitat i la fiabilitat de la xarxa
Emmagatzematge com a regulador de freqüència i reserva de capacitat
L’emmagatzematge energètic actua com a regulador dinàmic a la xarxa elèctrica, contribuint a l’estabilització de la freqüència i proporcionant reserva de capacitat.
Podeu respondre ràpidament als desequilibris entre l’oferta i la demanda, alliberant o emmagatzemant energia segons calgui.
Això és crucial per mantenir la freqüència de la xarxa dins dels rangs segurs i evitar fluctuacions que puguin causar danys als equips o fins i tot apagades.
Reducció de talls i millora de la qualitat del subministrament elèctric
Els sistemes d’emmagatzematge energètic poden reduir significativament la incidència de talls d’energia en proporcionar una font d’energia instantània en cas de fallades a la xarxa o pics de demanda. A més, contribueixen a millorar la qualitat del subministrament elèctric en poder compensar ràpidament les variacions de voltatge i freqüència.
Exemples de sistemes d’emmagatzematge a la gestió de la xarxa:
- Projecte de bateries d’AES a Califòrnia: Aquesta instal·lació d’emmagatzematge d’energia ajuda a gestionar la demanda durant les hores puntes i dona suport a la integració d’energia solar a la xarxa.
- Xarxa Elèctrica d’Alemanya amb Energiepark Mainz: Utilitza emmagatzematge en hidrogen per emmagatzemar energia eòlica, demostrant com es pot equilibrar l’oferta i la demanda d’energia renovable.
- Kauai Island Utility Cooperative a Hawaii: Combina energia solar i emmagatzematge en bateries per reduir la dependència dels generadors dièsel i mantenir l’estabilitat de la xarxa local.
Aquests sistemes no només demostren la viabilitat tècnica de l’emmagatzematge energètic en la gestió de la xarxa, sinó que també en ressalten el paper en l’avenç cap a una xarxa més sostenible i menys dependent de combustibles fòssils.
5. Aspectes econòmics i models de negoci
Anàlisi de costos de l’emmagatzematge energètic
L’anàlisi de costos i beneficis és clau per avaluar la viabilitat econòmica de l’emmagatzematge energètic.
Els costos comprenen la inversió inicial, manteniment i operació; en contrast, els beneficis es tradueixen en una major eficiència energètica, reducció de la dependència d’energies pic i estabilització de la xarxa elèctrica.
Amb l’avenç tecnològic i les economies d’escala, s’espera que els costos disminueixin, incrementant els beneficis, especialment per la capacitat de l’emmagatzematge de facilitar la integració d’energies renovables i contribuir a l’estabilitat dels preus energètics.
Models de negoci emergents per a l’emmagatzematge energètic
Els models de negoci associats a l’emmagatzematge energètic estan en plena evolució.
Sorgeixen opcions com:
- la comercialització de serveis auxiliars als operadors de xarxa
- la gestió de la demanda per a consumidors de gran escala
- l’emmagatzematge energètic com a servei
Sens dubte és un camp on sorgiran nombroses oportunitats de negoci molt lucratives per a les empreses que els ofereixin i amb una demanda cada vegada més gran.
Impacte de l’emmagatzematge energètic als mercats energètics
L’emmagatzematge energètic pot revolucionar els mercats d’energia.
- Actua com un estabilitzador davant la fluctuació de preus
- ajuda a equilibrar l’oferta i la demanda d’energia
- i facilita una major inserció d’energies renovables al sistema.
Així mateix, pot transformar els consumidors en ‘prosumidors’, que no només consumeixen energia sinó que també la produeixen i emmagatzemen, fins i tot poden vendre l’excedent a la xarxa.
6. Polítiques i regulacions
Marcs reguladors i polítiques de suport a l’emmagatzematge energètic
Els marcs reguladors i les polítiques de suport són fonamentals per impulsar el desenvolupament i la integració de l’emmagatzematge energètic.
Aquestes polítiques poden incloure subsidis, tarifes preferencials per a l’energia emmagatzemada i normatives que facilitin la connexió de sistemes d’emmagatzematge a la xarxa.
La implementació de marcs reguladors clars i estables incentiva la inversió en tecnologies d’emmagatzematge, contribuint a la transició cap a sistemes energètics més sostenibles.
Incentius i finançament per a projectes d’emmagatzematge energètic
La disponibilitat d’incentius i opcions de finançament atractives és clau per al desplegament de projectes d’emmagatzematge energètic. Això pot incloure préstecs a baix interès, garanties de crèdit, i subvencions directes per a la investigació, desenvolupament i implementació de noves tecnologies. Aquests incentius són essencials per reduir el risc financer associat a la inversió inicial en emmagatzematge energètic i per accelerar l’adopció d’aquestes tecnologies.
Normatives internacionals i compromisos climàtics
Les normatives internacionals i els compromisos climàtics tenen un paper crucial en el foment de l’emmagatzematge energètic.
Els acords globals, com l’Acord de París estableixen objectius de reducció d’emissions de gasos amb efecte d’hivernacle, cosa que impulsa els països a adoptar energies renovables i tecnologies d’emmagatzematge com a mitjans per complir aquests compromisos.
L’harmonització de normatives internacionals pot facilitar el comerç i la cooperació en el desenvolupament de tecnologies d’emmagatzematge energètic, contribuint així a l’esforç global contra el canvi climàtic.
A nivell específic, cada “zona” té la seva normativa regulada com ara:
- Estats Units: La Comissió Federal Reguladora d’Energia (FERC) ha implementat ordres per promoure la integració de l’emmagatzematge energètic als mercats. L’Ordre FERC 841 permet a bateries i altres sistemes participar en igualtat de condicions amb generadors tradicionals.
- Unió Europea: Adoptar “Energia Neta per a Tots els Europeus”, directives per facilitar l’emmagatzematge, buscant integrar-lo al mercat, promovent flexibilitat i eficiència, eliminant barreres reguladores i fiscals desproporcionades.
- Austràlia: Va llançar iniciatives com el Programa de Subvencions per a la Innovació en Emmagatzematge d’Energia i polítiques estatals per fomentar el desenvolupament de l’emmagatzematge energètic.
- Regne Unit: Va introduir “Smart Systems and Flexibility Plan” per eliminar barreres i maximitzar les oportunitats per a l’emmagatzematge al mercat d’energia, clarificant el seu marc regulador.
A Espanya comptem amb el CIIAE “Centro Ibérico de Investigación en Almacenamiento Energético” com a principal organisme sobre la matèria i disposem d’instal·lacions d’emmagatzematge energètic a Madrid, Aragó o Tenerife entre d’altres.
7. Sostenibilitat i aspectes ambientals
L’anàlisi de la sostenibilitat i els aspectes ambientals en el context de l’emmagatzematge energètic inclou tres components principals:
- l’anàlisi del cicle de vida de les tecnologies d’emmagatzematge
- l’avaluació del seu impacte ambiental i petjada de carboni
- la determinació de la seva contribució als objectius climàtics.
Anàlisi del cicle de vida
Aquesta anàlisi examina les implicacions ambientals de les tecnologies d’emmagatzematge energètic al llarg de tota la vida útil, des de l’extracció de matèries primeres fins a la fabricació, ús, i disposició o reciclatge final.
L’objectiu és identificar oportunitats per reduir els impactes negatius a cada etapa i millorar la sostenibilitat general d’aquestes tecnologies.
Impacte ambiental i petjada de carboni
L’emmagatzematge energètic pot tenir un impacte significatiu en la reducció de la petjada de carboni del sistema energètic en permetre una integració més gran de fonts d’energia renovable i reduir la dependència de combustibles fòssils.
Tanmateix, és crucial considerar les emissions i els impactes ambientals associats amb la producció i el rebuig de sistemes d’emmagatzematge per avaluar-ne el benefici net per al medi ambient.
Contribució a l’èxit d’objectius climàtics
L’emmagatzematge energètic juga un paper crític en la transició cap a una economia baixa en carboni en facilitar la gestió de la variabilitat de les energies renovables i millorar l’eficiència i l’estabilitat de la xarxa elèctrica.
La seva implementació efectiva pot accelerar l’assoliment dels objectius climàtics globals, com els establerts a l’Acord de París, mitjançant la reducció d’emissions de gasos amb efecte d’hivernacle i la promoció d’un desenvolupament sostenible.
En resum, la sostenibilitat i els aspectes ambientals de l’emmagatzematge energètic són essencials per maximitzar els beneficis en la transició energètica, assegurant que contribueixi de manera efectiva i eficient a un futur energètic més net i sostenible.
9. Desafiaments i perspectives futures
Els desafiaments i les perspectives futures de l’emmagatzematge energètic abasten des de superar barreres tecnològiques i econòmiques fins a projectar-ne el creixement i el paper en la transformació de la matriu energètica global.
Barreres tecnològiques i econòmiques
L’adopció massiva de l’emmagatzematge energètic s’enfronta a obstacles tecnològics relacionats amb la capacitat, la durabilitat i l’eficiència de les tecnologies actuals.
A més, les barreres econòmiques, incloent-hi els alts costos inicials d’inversió i la necessitat de models de negoci viables, en limiten la implementació a gran escala.
La superació d’aquestes barreres és fonamental per facilitar la integració de tecnologies d’emmagatzematge al sistema energètic.
Projeccions de creixement i desenvolupament tecnològic
Tot i els desafiaments, s’espera que el mercat d’emmagatzematge energètic creixi significativament les properes dècades, impulsat per la contínua innovació tecnològica i la demanda creixent de solucions d’energia renovable.
Les millores en l’eficiència, la reducció de costos i el desenvolupament de noves tecnologies d’emmagatzematge, com ara bateries d’estat sòlid i emmagatzematge d’energia tèrmica avançat, jugaran un paper clau en aquest creixement.
Visió futura de l’emmagatzematge energètic:
En el futur, s’anticipa que l’emmagatzematge energètic exercirà un paper crucial a la matriu energètica global, facilitant la transició cap a un sistema energètic més sostenible i resilient.
La seva capacitat per emmagatzemar energia renovable intermitent i alliberar-la segons la demanda millorarà l’estabilitat i la fiabilitat de la xarxa elèctrica, permetent una major penetració d’energies renovables i contribuint significativament a la reducció de la dependència de combustibles fòssils ia la lluita contra el canvi climàtic.
Des d’Atlas Green Energy portem anys adequant-nos i invertint. Necessites ajuda? Contacta’ns!
