El almacenamiento de energía solar en agua ha sido uno de los temas más discutidos en la búsqueda del almacenamiento de energía solar. Entonces, almacenar energía solar en agua es un engaño o una realidad. En esta lectura, responderemos eso.
La energía solar satisface algunas de nuestras necesidades de electricidad, pero no excluye ineludiblemente la necesidad de otras fuentes de electricidad. Y, en algunos casos, puede estar haciendo que la red sea menos efectiva al contribuir a la inseguridad y al utilizar tiendas de pico que generalmente son más contaminantes.
Las tiendas de pico son el resultado de referencia para el seguimiento de la carga en la red. Estas son fuentes de electricidad más bajas y valiosas que solo funcionan durante muchas horas al día para compensar la diferencia entre la carga de energía base y los picos de la noche.
Otro resultado intrigante de este problema se llama operación de demanda, que está afectando la demanda de electricidad para reducir o cambiar los picos y adaptarse más a la capacidad de generación.
Pero el santo grial en el suministro de energía a escala de red es simplemente dejar que los ángulos de demanda y generación sean los que serán, almacenando energía cuando la generación supera la demanda y utilizando esa energía almacenada durante los picos de demanda.
Hay una amplia variedad de ideas fascinantes para almacenar grandes cantidades de energía, desde hisopos fundidos hasta presurizar el aire en minas antiguas, pero la mayor parte del almacenamiento actual a escala de red calcula una eventualidad gravitatoria, que está usando energía redundante para levantar la mercancía, también use esa cosa para inducir electricidad a medida que vuelve a caer, básicamente tratando la tumba de la tierra como un resorte.
Y la gran madurez del actual almacén a escala de red hace esto usando agua, en un esquema llamado Sistema de Almacenamiento Hidroeléctrico por Bombeo, un método para almacenar energía solar en agua.
La tecnología de almacenamiento de energía hidroeléctrica por bombeo es la forma de almacenar energía solar en el agua. Este es un método antiguo y bien establecido, pero no muy utilizado. Aunque pueden ser asequibles y una buena solución sostenible para almacenar energía y agua a gran escala y anualmente.
El almacenamiento de energía hidroeléctrica por bombeo es una tecnología de almacenamiento de energía mecánica basada en el transporte de agua. En este proceso, el agua se bombea cuesta arriba usando energía eléctrica hacia un depósito cuando la demanda de energía eléctrica es baja.
Más tarde, cuando la demanda de energía eléctrica es alta, se permite que el agua fluya cuesta abajo y se usa para hacer girar una turbina para generar electricidad. Aunque la necesidad de almacenamiento de energía hidroeléctrica por bombeo ha crecido debido a su uso para almacenar energía renovable como la energía solar y eólica, es una tecnología que existe desde principios del siglo XX.
La energía solar se puede almacenar a través del sistema de almacenamiento hidroeléctrico bombeado como una forma de almacenar energía solar en el agua, incluida otra energía renovable como la energía eólica en el agua que viola la brecha cuando el sol no brilla o el viento no sopla.
La energía solar es una fuente de energía intermitente y variable, por lo que es necesario contar con una alternativa de almacenamiento para asegurar que la demanda de energía sea cubierta en cada momento.
Hay almacenamiento de energía a corto plazo disponible para la energía solar, como baterías, para resolver problemas de intermitencia, pero el almacenamiento de energía a largo plazo, como la tecnología de almacenamiento de energía hidroeléctrica por bombeo, se puede utilizar para las variaciones estacionales en la generación de electricidad, como en los períodos de verano e invierno.
El gas de hidrógeno se puede utilizar como almacenamiento de energía a largo plazo, pero en comparación con la tecnología de almacenamiento de energía hidroeléctrica por bombeo, el gas de hidrógeno aún no es económicamente competitivo.
Un sistema de almacenamiento hidroeléctrico bombeado captura y almacena agua en dos lugares con una fuerte caída en el medio. El agua se puede bombear cuesta arriba para hacer ejercicio y generar energía una y otra vez. Por supuesto, ese bombeo consume electricidad en sí mismo, ahí es donde entra la energía solar.
Cuando brilla el sol y la gente no está usando energía importante, hay energía solar redundante disponible para bombear agua de regreso al depósito y en otros momentos, cuando el sol no está generando suficiente energía para satisfacer la demanda, el sistema de almacenamiento hidroeléctrico bombeado gira en acción y compensa el espacio.
Todo el sistema funciona en conjunto como una batería renovable gigante que brinda al almacén la confiabilidad y la rigidez que la energía solar no puede ofrecer por sí sola.
En la tecnología de almacenamiento de energía hidroeléctrica por bombeo, cuando el exceso de energía generada a partir de la energía solar se utiliza para bombear agua cuesta arriba, se crea una enorme cantidad de energía potencial.
En casos extremos, la forma en que esto funciona es tener dos presupuestos duros pero separados por una gran diferencia de elevación. Por la noche, cuando los precios de la electricidad son bajos, usa esa energía y bombas baratas para llenar la fuerza superior.
Sin embargo, el almacenamiento de energía hidroeléctrica por bombeo tiene algunos requisitos naturales para un rendimiento adecuado. Incluyen; paisajes adecuados y embalses que pueden ser lagos (naturales o artificiales mediante la construcción de presas).
Además, el almacenamiento de energía hidroeléctrica por bombeo requiere largos permisos regulatorios y tiempos de implementación que pueden ser muy largos y sin olvidar un gran capital inicial.
Aparte de ayudar al hombre a hacer frente al arbitraje energético, la tecnología de almacenamiento de energía hidroeléctrica por bombeo no puede integrar varios recursos de energía renovable de manera óptima y esto hace que el período de recuperación financiera perdure.
Esta es una de las varias razones por las que la tecnología de almacenamiento de energía hidroeléctrica por bombeo no se usa masivamente en la actualidad. Además, solo en ciertas áreas puede encontrar tecnología de almacenamiento de energía hidroeléctrica bombeada, ya que implica altos costos iniciales con algunos obstáculos estrictos y significativos.
Índice del contenido
¿Tiene sentido utilizar la tecnología de almacenamiento de energía hidroeléctrica por bombeo para almacenar energía solar en el agua?
Aún así, la idea de almacenar energía solar en el agua suena confusa y casi irresoluble, si eres como la mayoría de las personas. ¿Quién ha oído hablar antes del almacenamiento de energía hidroeléctrica por bombeo para energía solar?
Sin embargo, el "almacén de energía" es la expresión de moda más reciente de la industria de las energías renovables, y está cambiando a un ritmo acelerado que nadie excepto quienes lo diseñan pueden seguir.
“Pero, ¿por qué debería tener cuidado con el almacenamiento?” usted pregunta. ¡Gran pregunta! Al final del día, se trata de qué tan importante es el dinero que desea mantener en su billetera. Nuestra capacidad para almacenar energía de manera más efectiva tendrá un impacto directo en el precio que paga por su electricidad.
En la última década, la generación de energía renovable, en particular la energía solar y eólica, se ha extendido tanto que es asequible y, de hecho, competitiva en costos con las energías convencionales como el petróleo, el carbón y el gas. Aún así, las energías renovables no son una tapadera perfecta para las energías fósiles, al menos desde un punto de vista logístico.
Aunque la tecnología solar está perfeccionando rápidamente nuestra capacidad para utilizar la energía que recolectamos del sol, uno de los mayores problemas que seguimos enfrentando es cómo seguir usando la energía solar cuando el sol ya no brilla.
La mayoría de nosotros vivimos en áreas del mundo que requieren que iluminemos nuestros hogares antes y después de nuestra jornada laboral. De hecho, si tiene la suerte de vivir casi con 18 horas de sol, presumiblemente aún necesitará la energía para hacer funcionar su lavavajillas o su refrigerador después de que se ponga el sol.
Aún así, en promedio, los rayos del sol son más fuertes por la tarde. Entonces, en resumen, hay un desajuste de horarios entre el estadounidense promedio y la energía que el sol emite hacia nosotros los terrícolas.
Estamos produciendo energía que no estamos cerca de usar. Aquí es donde entra el almacenamiento. Necesitamos producir estilos para contener esta energía solar para que podamos aprovecharla incluso después de que el sol deje de brillar.
Hay más formas de almacenar energía solar además del uso de baterías, una de las cuales puede ser adecuada para superar esas horas nocturnas de alta demanda. El almacenamiento de energía hidroeléctrica por bombeo es una tecnología madura y bien probada capaz de liberar grandes cantidades sostenidas de energía a través del bombeo de agua.
El proceso requiere dos reservorios de agua, uno a baja altura y el otro a una altura avanzada. Una vez conectado, se utiliza electricidad de bajo costo (como la energía solar) para bombear el agua desde abajo hacia arriba.
Cuando se demanda energía, el agua almacenada arriba se libera a través de turbinas, produciendo energía eléctrica. Cuando la demanda de energía disminuye, la fuerza avanzada se rellena lentamente para la próxima ronda de despacho de energía.
El aspecto elegante de la energía hidroeléctrica bombeada como sistema de almacenamiento de energía es que es bastante asequible y duradero. Tiene una efectividad de ida y vuelta verdaderamente alta, lo que significa que se desperdicia poca energía mientras genera electricidad.
La mayoría están diseñados para almacenar entre 6 y 20 horas de energía, y la cantidad de energía depende del tamaño del sistema.
Almacenamiento de energía solar en agua mediante el uso de almacenamiento de energía hidroeléctrica bombeada versus almacenamiento de energía solar en baterías, ¿cuál es mejor?
Si bien también existen otras opciones para el almacenamiento de energía renovable, como volantes, aire comprimido, almacenamiento de energía criogénica, baterías de entrada e hidrógeno, concentrémonos en la comparación del almacenamiento de baterías de iones de litio a gran escala (utilizado para alimentar una ciudad entera, no uso doméstico único) versus almacenamiento hidroeléctrico por bombeo.
Este es un contenido candente en el mercado de almacenamiento en estos días, ya que estos dos se sienten compitiendo como proveedores de almacenamiento de primera elección para empresas públicas y privadas.
Mucho ha estado en las noticias recientemente sobre las nuevas plantas de almacenamiento de baterías masivas erigidas en lugares como el sur de California. ¿Qué tienen de especial?
Bueno, a diferencia de Tesla Powerwall, que es una opción de almacenamiento de baterías para la operación de una sola casa, Altagas LTD, Tesla y AES Corp han creado tres de las instalaciones de almacenamiento de baterías más grandes del mundo.
La potencia combinada de estas instalaciones de almacenamiento de baterías a gran escala es igual al 15 de todo el almacenamiento de baterías instalado en todo el mundo en 2016. Esta es una gran noticia, ya que anteriormente las baterías solo habían aparecido en una pequeña cantidad de sistemas a escala de red.
Estas instalaciones de almacenamiento han demostrado que el almacenamiento de baterías a gran escala puede entrar en el ring de manera factible con las otras instalaciones de almacenamiento de energía de peso pesado. Pero no es seguro si todavía pueden lanzar un golpe de tamaño decente a los retadores.
Comparación de costos de almacenamiento de energía solar en agua mediante el uso de almacenamiento de energía hidroeléctrica por bombeo y almacenamiento de energía solar en baterías
En muchos sentidos, comparar el almacenamiento de agua hidroeléctrica a gran escala con las baterías de iones de litio a gran escala es como comparar una manzana con un pepino, en lugar de una manzana con una naranja.
Ambos se encuentran en la sección de rendimiento, pero difícilmente pueden clasificarse como pertenecientes al mismo grupo de alimentos. Ambos almacenan energía y la vuelven a poner en la red, pero sus puntos fuertes son realmente diferentes.
Echemos un vistazo a uno de los factores más importantes del costo de construcción y funcionamiento de estas instalaciones. De hecho, hace diez veces, no habría habido competencia entre estos dos debido al precio históricamente alto de las baterías.
Aún así, la producción a gran escala de baterías ha reducido el precio a menos de la mitad de lo que era en 2013, lo que las convierte en una opción mucho más factible para operaciones a gran escala.
En una conferencia solar a gran escala en abril de 2017, el director de Arena Energy dijo que las instalaciones de baterías a gran escala han bajado tanto de precio que el costo de 100MW de capacidad de energía con 100MWh (una hora de almacenamiento) sería aproximadamente igual entre el almacenamiento de batería a gran escala y el almacenamiento hidroeléctrico de agua.
Aún así, si ese número aumenta ligeramente, a 100MW con 200MWh de almacenamiento de energía, la energía hidroeléctrica supera inmediatamente al almacenamiento de batería.
Cuando lleva ese número a 500MWh, se acaba el juego para las baterías. Como mencioné antes, la mayor fortaleza del almacén hidroeléctrico bombeado es su manejo de la escala. Una vez que todo el equipo para la energía hidroeléctrica de bombeo está en su lugar, es bastante barato obtener más electricidad (solo necesita más agua).
Sin embargo, con las baterías, cuanta más electricidad desee almacenar, más baterías necesitará, por lo que los precios aumentan principalmente a medida que el sistema se hace más grande.
Piense en el almacenamiento de energía hidroeléctrica por bombeo como una gran tienda no comercial, siempre adecuada para ofrecer precios mucho más bajos que las tiendas de intercambio originales.
Compran y venden en masa, lo que hace que sus precios sean verdaderamente difíciles de superar. De esta manera, el almacenamiento de energía hidroeléctrica por bombeo gana como el proveedor de energía elegido en momentos de máxima demanda.
El futuro del almacenamiento de energía solar en agua mediante el uso de un sistema de almacenamiento de energía hidroeléctrica por bombeo
A medida que la solicitud de energía renovable continúa creciendo y desarrollándose, los estilos de almacenamiento económicos y efectivos, como el almacenamiento de energía hidroeléctrica por bombeo, harán que la energía solar no solo sea una cobertura más limpia para las energías fósiles, sino más confiable.
A medida que el costo de las baterías continúa disminuyendo, el futuro es brillante para los consumidores y creadores de energía renovable. Para aquellos que están hablando de invertir en paneles solares, un mejor sistema de almacenamiento en general como este estabilizará el mercado e invertirá en uno más seguro.
Beneficios de almacenar energía solar en agua mediante el uso de sistemas de almacenamiento hidroeléctrico por bombeo
Durante el día, cuando los precios de la energía, el agua en la fuerza superior se utiliza para hacer girar las turbinas e inducir la energía hidroeléctrica. Es una batería de agua gigante, y almacenar energía de esta manera tiene muchos beneficios, además de reducir los picos del viento exigente.
- El almacenamiento de energía solar en agua mediante el uso de un sistema de almacenamiento hidroeléctrico bombeado es precioso en una situación de necesidad, ya que proporciona un acceso rápido a la energía cuando otras fuentes pueden estar fuera de servicio.
- El almacenamiento de energía solar en agua mediante el uso de sistemas de almacenamiento hidroeléctricos por bombeo es de gran beneficio porque estos sistemas pueden brindar muchos beneficios en redes eléctricas pequeñas y sectarias (como en islotes) donde no hay una diversificación tan importante en la cartera de generación. .
Principales desafíos asociados con el almacenamiento de energía solar en agua mediante el uso de sistemas de almacenamiento hidroeléctrico por bombeo
1. Viscosidad de energía
Un término utilizado para describir cuán importante puede caber la energía en una unidad de volumen y este no es el mejor punto de una instalación de almacenamiento por bombeo. Cuanto menor sea la altura sobre las turbinas, mayor será la capacidad de generación para un volumen dado de agua.
Basta con ver fácilmente la diferencia en la viscosidad de la energía entre una batería y el agua almacenada. Para alcanzar la misma viscosidad que una batería de iones de litio típica, tendría que tener el agua almacenada a una altura aproximada, que no sería accesible para un vehículo eléctrico.
Esta es una de las principales desventajas de las instalaciones de depósitos de bombeo es que tienen un tipo de punto realmente específico donde se pueden detectar dos piscinas cerca una de la otra y al mismo tiempo separarlas por una distancia perpendicular lo más importante posible.
Y, de hecho, también, debido a la baja viscosidad de la energía, estos son con frecuencia presupuestos masivos que son los principales sistemas de ingeniería civil en comparación con productos básicos como una batería que se puede fabricar en una planta.
2. Eficacia
La efectividad es la tasa de la cantidad de energía que pones en comparación con la cantidad de energía que puedes obtener. De ninguna manera lo consigues todo. Esa es la ley alternativa de la termodinámica. Pero esperas sacarle el máximo partido, de lo contrario, has erigido una batería verdaderamente grande y verdaderamente preciosa que no funciona.
De hecho, considerando todas las pérdidas implícitas de energía desde la evaporación o la fuga de agua hasta la desunión y la turbulencia dentro del ministerio, numerosas instalaciones de almacenamiento por bombeo alcanzan una ventaja de 70 o superior.
Por supuesto, eso significa que son consumidores netos de energía ya que no se puede recuperar toda la energía utilizada para bombear el agua hasta la parte superior, pero si el costo de la energía consumida es menor que el precio que pueden obtener de esa energía ( ventaja de desventaja) durante la demanda máxima, aún pueden obtener ganancias.
Preguntas Frecuentes
- ¿Cuánta energía puedes almacenar en el agua?
imaginemos 1cm3 agua. Podemos aumentar su energía aumentando su altura. Podemos calcular el aumento de energía utilizando la ecuación de la energía potencial gravitacional, que es simplemente la masa del objeto multiplicada por la aceleración de la gravedad multiplicada por su altura.
Aquí estamos definiendo la altura como la diferencia de altura entre nuestro punto inicial y nuestro punto final. La masa de un metro cúbico de agua es de 1000 kg, por lo que, con cada aumento de 1 m, agregamos 9810 julios de energía. Vamos a convertir a vatios-hora ya que es la unidad más utilizada. Entonces, 9810 julios = 2.7 a 5 vatios-hora.
Eso podría hacer funcionar una bombilla de 100 vatios durante solo 98.1 segundos, pero no podemos convertir esa energía perfectamente. La tecnología de almacenamiento de energía hidroeléctrica bombeada para almacenar energía solar en el agua tiene una eficiencia de alrededor del 80 %, por lo que estaría más cerca de los 78.5 segundos y si elevamos el cabezal del depósito superior a 286 m como el de la colina de Turlock en Irlanda, ese 1 cm3 de agua podría alimentar esa misma bombilla durante 22,452 segundos o unas 6.2 horas.
- ¿Qué tipo de energía se puede almacenar en el agua?
Todas las formas de energía eléctrica se pueden almacenar en el agua, desde la energía solar hasta la energía de combustibles fósiles.
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Me esfuerzo por educar al público sobre el medio ambiente y sus problemas.
Siempre se ha tratado de la naturaleza, debemos proteger, no destruir.