Energías renovables y baterías de litio

El funcionamiento del sistema eléctrico tradicional se basa en una generación centralizada mediante grandes centrales, como son las nucleares, hidráulicas, de gas natural y de carbón. Esta electricidad se transporta mediante redes de alta tensión hasta los centros de consumo, situados en las ciudades y polígonos industriales, con objeto de producir bienes, desarrollar la actividad de comercios y empresas y suministrar energía a los hogares. El buen funcionamiento y la fiabilidad de este sistema eléctrico tradicional son indiscutibles. Sin embargo, al estar basado principalmente en combustibles fósiles y nucleares, dicho sistema no puede considerarse sostenible.

Las energías renovables son herramientas clave que van a permitir un cambio en este paradigma energético. Estas tecnologías rompen con las economías de escala que incentivaban la construcción de grandes plantas de generación eléctrica, permitiendo así la instalación de pequeñas centrales cercanas a los puntos de consumo y reduciendo, de esta forma, la necesidad de redes de alta tensión. Esta menor necesidad de redes de transporte eléctrico cobra especial relevancia si se tiene en cuenta el notable aumento en el consumo eléctrico que supondrá la inminente llegada de la movilidad eléctrica que, de otra manera, requeriría una importante inversión en redes de transporte eléctrico. A nivel económico, las renovables ya son competitivas al haber alcanzado un precio inferior a la generación eléctrica convencional, tal y como lo demuestran los 8.737 MW (megavatios) renovables sin prima adjudicados durante el año 2017 en España. Superado el reto económico, los siguientes desafíos de las renovables son su almacenamiento y gestión.

La amplia variedad de sistemas de almacenamiento, desde grandes centrales de bombeo hidráulico hasta pequeñas baterías para teléfonos móviles, ofrece un interesante abanico de posibilidades. En un escenario de generación descentralizada, merecen especial atención los sistemas de almacenamiento locales destinados a conseguir una adaptación perfecta entre la generación local (poco gestionable por ser de origen renovable) y el consumo, que tampoco se puede gestionar al antojo de frentes de nubes o rachas de viento. Este es el terreno de las baterías, sistemas de almacenamiento que se pueden instalar en los puntos de la red eléctrica donde sean más necesarios. Existen diversos tipos de baterías, aunque son las de plomo−ácido las más utilizadas hasta hace pocos años debido a su bajo coste.

Recientemente, ha tomado fuerza un feroz competidor del plomo en la fabricación de baterías: el litio, el metal más pequeño y ligero de la tabla periódica. Las baterías de iones de litio presentan mejores prestaciones que las de plomo−ácido en cuanto a tiempo de vida y eficiencia. La tecnología de las baterías de litio cuenta ya con una trayectoria comercial de casi tres décadas, en la que su espectacular desarrollo ha hecho que las baterías actuales y las que se desarrollaban hace pocos años sólo tengan en común su elemento portador de carga: el litio.

Las primeras baterías de litio se pusieron en el mercado a principios de la década de los 90 y se utilizaban para ordenadores portátiles, teléfonos, etc. El conocimiento adquirido y las mejoras tecnológicas realizadas durante las décadas de los 90 y los 2000, unidos a las posibilidades de abaratamiento detectadas en este tipo de baterías, han hecho que los fabricantes de vehículos eléctricos (bicicletas, ciclomotores, patinetes, coches, autobuses urbanos, etc.) se hayan inclinado, de forma prácticamente unánime, por diferentes tipos de baterías de litio. La curva de aprendizaje y las economías de escala derivadas de esta decidida apuesta están dando lugar a una rápida reducción de costes.

En concreto, la Agencia Internacional de la Energía pone números a esta tendencia. En un estudio publicado en 2017, esta agencia constata una reducción en el coste de fabricación de baterías de litio desde 860 euros por kWh (kilovatio/hora) en 2008 hasta 215 euros por kWh (kilovatio/hora) en 2016, lo que se traduce en una reducción de costes del 75% en solo ocho años. Esto significa que el coste de fabricación de una buena batería para un hogar (3 kWh) es de 645 euros. El precio de venta suele ser algo más alto, superando normalmente los 2.000 euros.

A día de hoy, desde el sector de las energías renovables se ve a las baterías de litio como la solución para su principal problema: la gestión de la energía generada. Sin embargo, el coste de estas baterías produce una reducción en la rentabilidad económica de las instalaciones renovables. Por ello, cada vez hay más fábricas de baterías de litio a nivel mundial (entre las que destacan las llamadas gigafábricas), compitiendo por conseguir producir la batería más barata y con mejores prestaciones del mercado. Se está planteando también una interesante opción que consiste en instalar, en plantas de generación renovable, baterías desechadas de coches eléctricos, cuyo precio es bastante menor que el de una batería nueva, a pesar de que sus prestaciones no sean tan buenas.

En este contexto es fundamental saber seleccionar para cada aplicación la mejor batería que ofrece el mercado, elegir el tamaño más conveniente y gestionarla de tal forma que se le saque el máximo partido, pero sin que ocurra lo que a menudo sucede con las baterías de los teléfonos móviles: el hecho de que, un año después de estrenarlos, la batería ya está en sus últimos días de vida.

 

Esta entrada ha sido elaborada por Alberto Berrueta Irigoyen, profesor del Departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación e investigador en el Instituto de Smart Cities (ISC) de la Universidad Pública de Navarra (UPNA)

Energía en Navarra

¿A dónde va a parar el dinero que los navarros pagamos en las gasolineras, en nuestras facturas de la luz o en las de la calefacción?

La asombrosa cantidad de cuatro millones de euros diarios se escapa directamente de la Comunidad Foral, un dinero destinado a la compra de los combustibles fósiles que alimentan nuestros coches, calefacciones y un sinfín de aparatos que muchas veces están tan integrados en nuestro día a día que ni nos damos cuenta de que necesitan energía para funcionar.

Sin embargo, cada vez tenemos más energía renovable, ¿no es cierto? Cada vez se ven más paneles fotovoltaicos y aerogeneradores. Además, las máquinas cada vez son más eficientes y consumen menos energía. Entonces, ¿vamos por el buen camino?

El dato devastador que proporciona la Agencia Internacional de la Energía es que la demanda energética mundial se ha multiplicado por 2,5 desde 1971. En cuanto al origen de esta energía usada en el mundo, el 81,1% proviene de combustibles fósiles, porcentaje que apenas ha cambiado en el último medio siglo. Este apetito voraz de combustibles fósiles limitados es un problema de importancia global, que adquiere facetas de índole científica, tecnológica, económica, medioambiental, sociológica y política.

Centrándonos en Navarra, este porcentaje apenas cambia. El 80% de la energía total que consumimos en la Comunidad Foral proviene de combustibles fósiles: específicamente, un 40% es petróleo y un 40%, carbón y gas natural. Además de las repercusiones medioambientales, el impacto económico de esos cuatro millones de euros que nos dejamos al día debería darnos que pensar.

Hasta aquí hemos hablado de energía en general, que engloba desde el gas natural que usamos para poder disfrutar del agua caliente y la calefacción, pasando por la bombona de butano de casa de la abuela y la gasolina que ponemos en el coche, hasta la electricidad que empleamos para encender la luz o cargar el móvil.

No obstante, si analizamos únicamente la electricidad, Navarra pasa a ser un ejemplo positivo. El 86% de nuestro consumo eléctrico proviene de fuentes renovables, gracias principalmente a la energía eólica (o del viento), que supone el 50% de la electricidad que utilizamos. Si comparamos este porcentaje con la media mundial, se puede observar la gran distancia que sacamos: solo el 23% de la electricidad mundial se genera a partir de fuentes renovables. El problema es que la electricidad es solo una pequeña porción del pastel energético global.

Por lo tanto, a pesar de los buenos datos relativos a la electricidad, debemos ser conscientes de que nuestras demandas de energía van mucho más allá de la electricidad. Y es ahí donde debemos incidir, ya que nuestra dependencia de los combustibles fósiles tiene un gran impacto, tanto medioambiental como económico.

Para mejorar la situación actual, todos nosotros podemos actuar en dos grandes áreas energéticas: el transporte, responsable del 35% del consumo y alimentado en su práctica totalidad por combustibles fósiles; y el ámbito doméstico, que, junto con el comercio y los servicios, son responsables del 20% del consumo. Cambios en nuestra forma de vida como el uso del transporte público, la bicicleta o el coche compartido ayudarían reducir el consumo energético del transporte. Además, la sustitución del coche por uno eléctrico haría posible el uso de energía eléctrica (86% de la cual es renovable), en lugar de quemar directamente combustibles fósiles, lo que reduciría la elevada factura energética que estos suponen para Navarra. En el entorno doméstico, las mejoras en la eficiencia energética, dirigidas principalmente a reducir las necesidades de calefacción, supondrán un ahorro económico para los propietarios y un impulso hacia un modelo más sostenible.

 

 

Este post ha sido realizado por Leyre Catalán Ros (investigadora del Departamento de Ingeniería Mecánica, Energética y de Materiales y presidenta de la Asociación para la Promoción de las Energías Renovables en Navarra-APERNA), Alberto Berrueta Irigoyen y Javier Samanes Pascual (investigadores del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica y miembros de APERNA)