La razón de 2,5 billones de dólares por la que no podemos confiar en las baterías para limpiar la red

Imagen de la central eléctrica de Moss Landing Hugo | FLickr

Un par de chimeneas de 500 pies se elevan desde una planta de energía de gas natural en el puerto de Moss Landing, California, arrojando un manto industrial sobre la hermosa ciudad costera.

Sin embargo, si los reguladores estatales aprueban, podría ser el sitio del proyecto de batería de iones de litio más grande del mundo por finales de 2020 , ayudando a equilibrar la fluctuación de la energía eólica y solar en la red de California.

La instalación de 300 megavatios es uno de los cuatro proyectos gigantes de almacenamiento de iones de litio que Pacific Gas and Electric, la empresa de servicios públicos más grande de California, pedido la Comisión de Servicios Públicos de California para aprobar a finales de junio. En conjunto, agregarían suficiente capacidad de almacenamiento a la red para abastecer a unos 2700 hogares durante un mes (o para almacenar alrededor del 0,0009 por ciento de la electricidad que el estado usa cada año).

Los proyectos de California se encuentran entre un número creciente de esfuerzos en todo el mundo, incluido el conjunto de baterías de 100 megavatios de Tesla en el sur de Australia, para construir sistemas de almacenamiento de iones de litio cada vez más grandes a medida que bajan los precios y aumenta la generación renovable. Están alimentando el creciente optimismo de que estas baterías gigantes permitirán que la energía eólica y solar desplacen una parte cada vez mayor de las plantas de combustibles fósiles.

Pero hay un problema con este escenario optimista. Estas baterías son demasiado caras y no duran lo suficiente, lo que limita el papel que pueden desempeñar en la red, dicen los expertos. Si planeamos confiar en ellos para grandes cantidades de almacenamiento a medida que más energías renovables entren en línea, en lugar de recurrir a una combinación más amplia de fuentes bajas en carbono como la energía nuclear y el gas natural con tecnología de captura de carbono, podríamos encaminarnos por un camino peligrosamente inasequible.

Pequeñas dosis

La tecnología de almacenamiento de batería actual funciona mejor en un papel limitado, como sustituto de las plantas de energía de pico, según un 2016 análisis por investigadores del MIT y Argonne National Lab. Estas son instalaciones más pequeñas, que en la actualidad funcionan con gas natural con frecuencia, que pueden permitirse operar con poca frecuencia, encendiéndose rápidamente cuando los precios y la demanda son altos.

Las baterías de iones de litio podrían competir económicamente con estos picos de gas natural en los próximos cinco años, dice Marco Ferrara, cofundador de Form Energy, una empresa derivada del MIT que desarrolla baterías de almacenamiento de red.

El negocio de picos de gas está bastante cerca de terminar, y el ion de litio es un gran reemplazo, dice.

Este papel principal es precisamente el que la mayoría de los proyectos nuevos y futuros de baterías de iones de litio están diseñados para cumplir. De hecho, los proyectos de almacenamiento de California podrían eventualmente reemplazar tres instalaciones de gas natural en la región, dos de las cuales son plantas pico .

Pero mucho más allá de este papel, las baterías se topan con verdaderos problemas. Los autores del estudio de 2016 encontraron rendimientos muy decrecientes cuando se agrega una gran cantidad de almacenamiento de batería a la red. Llegaron a la conclusión de que combinar el almacenamiento en baterías con plantas renovables es un sustituto débil de las grandes y flexibles plantas de ciclo combinado de carbón o gas natural, del tipo que se puede aprovechar en cualquier momento, funcionar de forma continua y variar los niveles de producción para satisfacer la demanda cambiante a lo largo del año. día.

La tecnología de iones de litio no solo es demasiado costosa para esta función, sino que la duración limitada de la batería significa que no es adecuada para llenar los vacíos durante los días, semanas e incluso meses cuando la generación eólica y solar decae.

Este problema es particularmente grave en California, donde tanto la energía eólica como la solar disminuyen precipitadamente durante los meses de otoño e invierno.

Esto lleva a un problema crítico: cuando las energías renovables alcanzan niveles altos en la red, se necesitan muchas, muchas más plantas eólicas y solares para generar suficiente exceso de energía durante las horas pico para mantener la red en funcionamiento durante esas largas caídas estacionales, dice Jesse Jenkins, coautor del estudio e investigador de sistemas energéticos. Eso, a su vez, requiere bancos y bancos de baterías que puedan almacenarlo todo hasta que se necesite.

Y eso termina siendo astronómicamente caro.

Sueño californiano

Hay problemas que California no puede darse el lujo de ignorar por mucho tiempo. El estado ya está a tiempo obtener el 50 por ciento de su electricidad de fuentes limpias para el 2020, y la legislatura está una vez más considerando un proyecto de ley que requeriría que alcance el 100 por ciento para 2045. Para complicar las cosas, los reguladores votado en enero para cerrar la última planta nuclear del estado, una fuente libre de carbono que proporciona 24 por ciento de la energía de PG&E. Eso hará que California dependa en gran medida de las fuentes renovables para cumplir sus objetivos.

Clean Air Task Force, un grupo de expertos en políticas energéticas con sede en Boston, descubrió recientemente que alcanzar la marca del 80 por ciento para las energías renovables en California significaría cantidades masivas de generación excedente durante los meses de verano, lo que requeriría 9,6 millones de megavatios-hora de almacenamiento de energía. Alcanzar el 100 por ciento requeriría 36,3 millones.

El estado tiene actualmente 150.000 megavatios-hora de almacenamiento de energía en total. (Eso es principalmente almacenamiento hidroeléctrico bombeado, con una pequeña parte de baterías).

Si las energías renovables suministraran el 80 por ciento de la electricidad de California, se generarían más de ocho millones de megavatios-hora de energía excedente durante los picos de verano. Análisis del Grupo de Trabajo de Aire Limpio de los datos de CAISO.

Construir el nivel de generación renovable y almacenamiento necesario para alcanzar las metas del estado aumentaría los costos exponencialmente, de $49 por megavatio-hora de generación al 50 por ciento a $1,612 al 100 por ciento.

Y eso suponiendo que las baterías de iones de litio costarán aproximadamente un tercio de lo que cuestan ahora.

Los costos del sistema de energía de California aumentan exponencialmente si las energías renovables generan la mayor parte de la electricidad. Análisis del Grupo de Trabajo de Aire Limpio de los datos de CAISO.

El sistema se vuelve completamente dominado por el costo del almacenamiento, dice Steve Brick, asesor senior de Clean Air Task Force. Construyes esta enorme máquina de almacenamiento que llenas a mediados de año y luego la disipas. Es una inversión de capital masiva que se utiliza muy poco.

Estas fuerzas aumentarían drásticamente los costos de electricidad para los consumidores.

Tienes que hacer una pausa y preguntarte: '¿Hay alguna forma en que el público lo acepte?', dice Brick.

De manera similar, un estudio realizado a principios de este año en Energía y Ciencias Ambientales encontró que satisfacer el 80 por ciento de la demanda de electricidad de los EE. UU. con energía eólica y solar requeriría un sistema de transmisión de alta velocidad a nivel nacional, que puede equilibrar la generación renovable a lo largo de cientos de millas, o 12 horas de almacenamiento de electricidad para todo el sistema (consulte Confiar solo en las energías renovables infla significativamente el costo de reacondicionamiento de energía).

A los precios actuales, un sistema de almacenamiento de baterías de ese tamaño costaría más de 2,5 billones de dólares.

Un precio aterrador

Por supuesto, es posible un almacenamiento en red mejor y más barato, y los investigadores y las nuevas empresas están explorando varias posibilidades. Form Energy, que recientemente financiación asegurada de Breakthrough Energy Ventures de Bill Gates, está tratando de desarrollar baterías de flujo de azufre acuoso con una duración mucho más larga, a una quinta parte del costo donde es probable que aterricen las baterías de iones de litio.

El modelo de Ferrara ha encontrado que una batería de este tipo podría hacer posible que las energías renovables proporcionen el 90 por ciento de las necesidades de electricidad para la mayoría de las redes, por costos ligeramente más altos que los actuales.

Pero es peligroso confiar en ese tipo de avances en baterías, e incluso si Form Energy o alguna otra compañía lo logra, los costos aún aumentarían exponencialmente más allá del umbral del 90 por ciento, dice Ferrara.

El riesgo, dice Jenkins, es que aumentemos el costo de la descarbonización profunda en el sector energético hasta el punto en que el público decida que simplemente es inasequible continuar hacia cero carbono.

Actualización: se eliminó un gráfico de esta historia porque indicaba incorrectamente el nivel de penetración de las energías renovables en la red eléctrica representada en el eje vertical.

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