Almacenamiento de energía: baterías vs. térmica

La consolidación de un modelo energético más limpio y sostenible requiere aumentar el uso de fuentes renovables, como la energía solar y eólica, para cubrir una demanda eléctrica cada vez mayor. Sin embargo, estas fuentes dependen de factores variables, como la disponibilidad de luz solar o las condiciones del viento, mientras que la demanda también fluctúa a lo largo del día.

En este contexto, el almacenamiento energético permite aprovechar la energía cuando está disponible y utilizarla cuando se necesita, aportando flexibilidad al sistema y facilitando una mayor integración de las energías renovables. 

Existen diferentes tecnologías, entre las que destacan dos:

La relevancia del almacenamiento energético para la electrificación

La electrificación y el crecimiento de las energías renovables requieren soluciones de almacenamiento que aporten flexibilidad al sistema, permitan adaptar la generación a la demanda y refuercen la seguridad del suministro.

Maximización del potencial de las energías renovables

La creciente integración de energías renovables está impulsando la expansión del almacenamiento energético a escala mundial. Según la Agencia Internacional de la Energía (AIE), la capacidad instalada de almacenamiento en baterías es ahora 11 veces superior a la de 2021, lo que convierte a esta tecnología en la de mayor crecimiento entre las tecnologías de generación y almacenamiento eléctrico.

En Europa, las previsiones también apuntan a un fuerte crecimiento del almacenamiento. La Comisión Europea señala que diferentes estudios sitúan la capacidad de almacenamiento energético en más de 200 GW en 2030 y 600 GW en 2050, frente a unos 89 GW en 2024, principalmente correspondientes a centrales hidroeléctricas de bombeo. Además, se prevé la incorporación de 128 GW/300 GWh adicionales de almacenamiento electroquímico a las redes eléctricas europeas de aquí a 2030.

En este contexto, el almacenamiento permite aprovechar mejor la energía renovable disponible, desplazando su uso desde los momentos de mayor producción hacia aquellos en los que la demanda es más elevada o la generación renovable es menor. De este modo, contribuye a integrar mayores volúmenes de energía solar y eólica y aporta la flexibilidad necesaria para un sistema eléctrico cada vez más electrificado.

Sistemas de almacenamiento de energía con baterías (BESS): energía flexible a demanda

Un BESS integra diferentes elementos, además de las propias baterías, que permiten gestionar de forma segura y eficiente el almacenamiento y la entrega de electricidad. Su funcionamiento combina hardware y software para controlar todo el proceso de carga, almacenamiento y descarga.

• Baterías: son la base del sistema y el elemento en el que se almacena la energía. Además de las baterías de ion de litio, los BESS pueden utilizar otras tecnologías, como las baterías de flujo, en función de las necesidades de cada aplicación.
• Sistema de gestión de baterías (BMS): controla el estado de carga y descarga, además de supervisar aspectos como la temperatura y el ciclo de vida.
• Sistema de conversión de potencia (PCS): transforma la energía almacenada (corriente continua) en la forma que utiliza la red (corriente alterna).
• Sistema de gestión energética (EMS): coordina todos estos componentes, determina cuándo almacenar y cuándo liberar energía, y asegura que todo funcione de manera segura y eficiente.

VER INFOGRAFÍA: Baterías BESS y sus componentes [PDF]

Ventajas del almacenamiento en baterías

Los BESS destacan por su rapidez de respuesta, flexibilidad y modularidad, lo que permite adaptarlos a diferentes necesidades y entornos. Entre sus principales ventajas se encuentran:

• Capacidad de actuar como islas energéticas. Algunas baterías están conectadas a sistemas de producción energética como solar o eólica, pero otras, las conocidas como stand-alone, pueden operar al margen. Así pueden proporcionar energía de manera independiente.
• Flexibilidad y modularidad.  Su diseño modular facilita tanto la adaptación de la capacidad de almacenamiento como su instalación en diferentes emplazamientos y aplicaciones.
• Arranque autógeno. Los BESS pueden proporcionar energía de forma prácticamente inmediata ante determinadas incidencias, sin necesidad de un impulso externo para iniciar la entrega de electricidad. 
• Alta densidad energética. Las baterías permiten almacenar una cantidad significativa de energía en espacios relativamente reducidos, lo que facilita su integración en diferentes tipos de instalaciones.

Principales aplicaciones de las baterías BESS

Los BESS pueden utilizarse en instalaciones de diferentes escalas, desde grandes plantas de generación hasta aplicaciones industriales, comerciales y residenciales. Entre sus principales aplicaciones se encuentran:

• Aplicaciones FTM (front-of-the-meter), que suelen superar los 10 MWh y están asociadas a las instalaciones de servicios públicos como las plantas de producción de energías verdes o infraestructuras críticas.
• Aplicaciones BTM (behind-the-meter) en C&I (comercial e industrial). En el sector industrial cuentan con sistemas de entre 10 MWh y 30 kWh, según las necesidades de cada instalación.
• Aplicaciones BTM para residencial, que suelen ser inferiores a los 30 kWh para almacenar la energía generada por las instalaciones fotovoltaicas destinadas al autoconsumo o para alimentar infraestructuras de carga de vehículos eléctricos, por ejemplo.

Además, este tipo de baterías pueden integrarse dentro de microrredes de distribución y para proveer de energía a entornos más remotos y de difícil acceso.

VER INFOGRAFÍA: Aplicaciones de las baterías BESS [PDF]

Almacenamiento de energía térmica: comprensión de sus fundamentos

Aunque el almacenamiento térmico se utiliza desde hace siglos, el desarrollo de nuevas tecnologías y materiales está ampliando sus aplicaciones en el sector energético. Actualmente, permite aprovechar energía procedente de fuentes como la solar y la geotérmica, así como calor residual industrial, para generar electricidad o cubrir necesidades de calefacción y refrigeración.

Una de sus principales características es la capacidad de almacenar energía durante periodos prolongados. Aunque existen tecnologías que permiten convertir el calor almacenado en electricidad, su aplicación resulta especialmente eficiente cuando la energía se utiliza directamente en forma de calor.

Tipos de almacenamiento de energía térmica

El almacenamiento térmico puede clasificarse según el mecanismo empleado para conservar la energía:

• Almacenamiento de calor sensible (SCS): conserva calor en materias como el agua o las sales fundidas, muy utilizadas en plantas termosolares. The energy stored depends on the change in temperature of the material.
• Almacenamiento de calor latente (LHS): utilizan materiales que absorben y liberan la energía mediante un cambio de fase, por ejemplo de sólido a líquido. 
• Almacenamiento de calor termoquímico (TCHS): su funcionamiento se basa en reacciones químicas reversibles que almacenan o liberan calor.

Estas tecnologías también pueden diferenciarse según su temperatura de funcionamiento, desde sistemas de baja temperatura hasta soluciones capaces de alcanzar varios cientos de grados.

• Bajas: desde temperaturas bajo cero hasta los 100 ºC aproximadamente. Un ejemplo representativo de este tipo son los acuíferos para almacenar agua caliente.
• Media: alrededor de los 300 ºC.
• Altas: almacenan hasta los 1000 ºC. Los tanques de sales fundidas, por ejemplo las que contienen una mezcla de nitrato de sodio y potasio, cuyo rango de funcionamiento habitual se encuentra entre 285-565 ºC.

Materiales empleados en el almacenamiento térmico

El agua es una de las materias primas empleadas desde hace más tiempo para el almacenamiento térmico (tanto en frío como en caliente). Sin embargo, las sales fundidas son uno de los materiales más comunes para su aplicación a gran escala, gracias a su disponibilidad y su facilidad para ser reciclados. 

También existen proyectos en los que se emplean arena, piedras, hormigón o cerámica por sus propiedades para absorber y liberar el calor. Por su parte, los materiales termoquímicos continúan siendo objeto de investigación por su potencial para alcanzar mayores densidades energéticas

Ventajas del almacenamiento térmico

El almacenamiento térmico presenta características especialmente interesantes para aplicaciones que requieren conservar y utilizar energía en forma de calor:

• Como todos los sistemas de almacenamiento de energía, reduce la dependencia de combustibles fósiles y contribuye a un mejor rendimiento y estabilidad de la red eléctrica.
• Reduce costes operativos para la industria. Al aprovechar el calor residual y reutilizarlo se abaratan los gastos destinados a energía.
• Permiten almacenar energía durante periodos largos de tiempo.
• Es versátil. Puede almacenar la energía en forma de calor para usarla posteriormente o convertirla en electricidad.
• Altamente escalable y adaptable, especialmente en proyectos de gran envergadura.
• La inversión inicial es elevada, pero el coste operativo es bajo, especialmente cuando se usan sales fundidas o almacenamiento latente.

Principales usos del almacenamiento térmico

Una de las principales aplicaciones del almacenamiento térmico es conservar el calor producido en centrales termosolares, especialmente mediante sales fundidas, para utilizarlo posteriormente y prolongar la generación eléctrica.

Los almacenamientos sensibles con agua se pueden usar como sistemas de calefacción para edificios, viviendas y zonas residenciales, y como agua caliente sanitaria. Este es el uso más extendido de esta tecnología porque la eficiencia para suministrar el calor de nuevo es muy alta, más que si se emplease una batería.

Aunque no se aplica para almacenar el excedente de energías renovables, existen aplicaciones de este tipo de tecnología para el aislamiento de edificios, lo que contribuye a la regulación de la temperatura en interiores y su consiguiente ahorro energético.

Baterías vs. almacenamiento térmico: un análisis comparativo

Las baterías y el almacenamiento térmico permiten gestionar la energía según las necesidades del sistema, pero presentan características y aplicaciones diferentes. Los BESS ofrecen una respuesta rápida y flexible para almacenar y suministrar electricidad, mientras que el almacenamiento térmico resulta especialmente adecuado cuando la energía puede utilizarse directamente en forma de calor o frío.

Además, los BESS cuentan con una mayor implantación y madurez comercial, mientras que el almacenamiento térmico ofrece un amplio potencial para aplicaciones de larga duración, aprovechamiento directo del calor y diferentes escalas.

 VER INFOGRAFÍA: TES vs BESS

La distinción fundamental: electricidad vs. calor

La principal diferencia entre ambas tecnologías es la forma en la que almacenan la energía. En el caso de los BESS, la energía se almacena y se libera como electricidad, por lo que son especialmente adecuados para aplicaciones que requieren una respuesta rápida, gestión de la demanda, integración de renovables o respaldo del suministro.

Por su parte, el almacenamiento de energía térmica conserva la energía en forma de calor o frío y permite utilizarla posteriormente de forma directa o, en determinadas tecnologías, convertirla en electricidad. Por ello, resulta especialmente interesante para aplicaciones de calefacción, refrigeración, agua caliente y determinados procesos industriales, así como para la generación eléctrica en instalaciones como las plantas termosolares.

La eficiencia depende de la aplicación y del proceso de conversión. Cuando el calor almacenado se utiliza directamente como calor, se evitan las pérdidas asociadas a su conversión de nuevo en electricidad (que ronda el 30-40% de pérdida de eficiencia). En cambio, cuando se transforma el calor en electricidad, el rendimiento global es inferior y depende de la tecnología y de las condiciones de operación.

Idoneidad para diferentes necesidades: cuándo optar por cada solución

La elección de una tecnología de almacenamiento depende de factores como el tipo de energía que se quiere almacenar, la velocidad de respuesta, la duración del almacenamiento y el uso final. 

Por lo general, BESS está más orientado al sistema eléctrico y TES aporta más valor en usos térmicos directos e industriales. Algunas de las principales aplicaciones de cada solución derivadas de esta idea son:

• Para estabilizar la red o responder en segundos: BESS. Los sistemas de baterías ofrecen una respuesta rápida y flexible, por lo que son adecuados para aplicaciones que requieren gestionar variaciones de generación y demanda o proporcionar respaldo eléctrico.
• Para aprovechar calor residual industrial: almacenamiento térmico. Permite capturar y conservar el calor generado en determinados procesos industriales para utilizarlo posteriormente, reduciendo el desperdicio de energía y favoreciendo su aprovechamiento.
• Para climatización o agua caliente sanitaria: almacenamiento térmico. Cuando la energía se necesita en forma de calor o frío, el almacenamiento térmico permite conservarla y utilizarla directamente, evitando conversiones innecesarias.
• Para integrar renovables en plantas solares o eólicas: BESS o soluciones híbridas. La elección depende de la duración del almacenamiento, la velocidad de respuesta y el uso previsto de la energía. En determinados proyectos, combinar diferentes tecnologías puede permitir aprovechar las ventajas de cada una.
• Para almacenamiento de larga duración: almacenamiento térmico u otras tecnologías. Las soluciones más adecuadas dependen de la aplicación, la duración requerida y de si la energía almacenada se utilizará como electricidad o directamente como calor. En proyectos de larga duración, el almacenamiento térmico puede resultar especialmente interesante cuando existe una demanda térmica asociada.

El futuro del almacenamiento energético: hacia un enfoque sinérgico

La tecnología avanza cada día estudiando diferentes posibilidades para optimizar la adopción de las energías renovables y aumentar su penetración en el mix energético. Pero esta inversión en investigación y desarrollo no se realiza para consolidar una única tecnología, todas ellas tienen cabida en el presente y el futuro del consumo energético.

Gracias a una buena comprensión de las características y vulnerabilidades de cada una, será más fácil elegir las más adecuadas para cada proyecto. De esta manera se creará un escenario en el que la convivencia no solo es posible, sino necesaria para lograr la electrificación de la economía. Un enfoque sinérgico a la hora de elegir el mejor almacenamiento energético es la única manera de dar pasos firmes hacia un futuro más sostenible.

Soluciones híbridas: cuando BESS y almacenamiento térmico se complementan

La combinación de diferentes tecnologías de almacenamiento permite responder a necesidades energéticas diversas dentro de un mismo sistema. Por ejemplo, un proyecto puede integrar BESS para gestionar la electricidad y responder rápidamente a variaciones de generación o demanda, junto con almacenamiento térmico para conservar y aprovechar energía en forma de calor.

Este enfoque puede ampliarse a otras soluciones, como el almacenamiento hidroeléctrico por bombeo, en función de factores como la capacidad requerida, el tiempo de almacenamiento y el uso final de la energía. El futuro del almacenamiento energético pasa así por combinar tecnologías complementarias para adaptar cada solución a las necesidades del sistema.