El reto de almacenar la energía producida con fuentes renovables

Sustituir la energía producida con combustibles fósiles por las fuentes renovables. Es la gran apuesta actual en el imparable proceso de la transición energética. El sol, el viento, el hidrógeno… Las fuentes renovables parecen claras. También lo está la implantación de parques eólicos, fotovoltaicos y hasta las plantas de producción de hidrógeno verde, como la de Puertollano. Incluso se trabaja ya en el diseño de las redes energéticas del futuro. Pero en todo este proceso falta un detalle: ¿cómo la almacenamos?

Es un dilema que plantea Francisco Javier Rodríguez Sánchez, catedrático de la Universidad de Alcalá (UAH) y experto en Ingeniería Electrónica aplicada a sistemas de energías renovables, “Podemos hablar de redes eléctricas de futuro, pero aunque tengamos renovables, sin almacenamiento no vamos a resolver el problema energético actual”.

Hoy en día el sistema más común para almacenar energía es una batería, pero los materiales con los que se fabrica son finitos. “Ya sabemos de las dificultades que tiene conseguirlos. Está en duda que haya suficientes. Por ejemplo, litio”, apunta. Así que almacenar hidrógeno puede ser una opción para la que todavía se buscan respuestas.

Y no solo eso. Los ingenieros electrónicos ponen el foco en la cuestión de la inercia. “El mundo eléctrico tradicional, las plantas de producción eléctrica, se basan en grandes generadores con mucha inercia que son difíciles de parar, incluso aunque haya incidencias en la red. El problema es que, al usar fuentes renovables, esa inercia desaparece”. 

Así que también hay que pensar en soluciones en ese terreno. “Sabemos que cualquier cambio en el sistema provoca alteraciones en la frecuencia de red, en la tensión… Esos cambios son peligrosos porque formamos parte de una red eléctrica europea. Un problema de Francia también es nuestro problema. Al final se puede producir la caída de todo el sistema”. Y los problemas pueden ser diversos. Basta con imaginar los efectos de una tormenta geomagnética -las perturbaciones que provoca el Sol en el planeta- que puede llegar a ‘fundir’ el sistema eléctrico.

“Tenemos que inventarnos la inercia. Para eso desarrollamos sistemas de inercia virtual basados en el almacenamiento en baterías o de hidrógeno”, explica el catedrático. Pero reproducir el comportamiento de la inercia no es sencillo. “Hay que intentar que los sistemas de energías renovables se comporten de forma similar a los tradicionales”.

El profesor Francisco Javier Rodríguez, del Grupo de Investigación GEISER, Ingeniería Electrónica Aplicada a Sistemas de Energías Renovables, ha recibido el XVII Premio del Consejo Social a la Transferencia de Conocimiento Universidad-Sociedad por el trabajo Ingeniería electrónica para un futuro energético seguro y sostenible en la categoría de Ciencias de la Salud, Experimentales y las Ramas Técnicas. “Es un reconocimiento al trabajo que el grupo desarrolla desde hace muchos años. Comenzamos en el año 2000”, explica el catedrático de la Escuela Politécnica Superior de la UAH.  

Él lo tiene claro. “O bien se reduce la demanda, o bien se trabaja en tecnologías coordinadas entre sí para lograr un almacenamiento lo suficientemente fiable como para responder a las demandas del sistema eléctrico. No estamos hablando solo de invertir en placas solares y en aerogeneradores”.

Blockchain para facilitar el funcionamiento de las comunidades energéticas

GEISER cuenta con dos ámbitos de investigación. De un lado sobre los llamados prosumidores, las personas que consumen, pero también producen, por ejemplo, a través de placas solares en casa para autoconsumo.

“Es importante hacer una buena gestión de la energía”, explica el investigador. La Universidad de Alcalá diseña tecnología que lo facilite entre otras cosas porque “hay una queja sobre lo poco que se pagan los excedentes de producción energética de autoconsumo que se vierten a la red general”.

Por eso, cree que “lo ideal” es instalar sistemas inteligentes que se coordinen en las llamadas comunidades energéticas. “Trabajamos en la tecnología que haga posible el intercambio de energía a nivel local. Y luego, si sobra, se puede inyectar en la red”. Un proyecto en el que colaboran con la Universidad danesa de Aalborg.

Se trata de un concepto similar al Peer to Peer (P2P). Es decir, “comercio de energía entre los vecinos más próximos de forma que se evite casi casi regalar los excedentes. El vecino, que ahora lo paga más caro, puede comprarlo a otro vecino por menor precio. Ambos ganan”.

La Ingeniería Electrónica permite saber también cuál es la previsión de producción atendiendo a la Meteorología, cuánto se produce realmente o cuánto se consume. “Es algo que le será también muy útil a las eléctricas. Se terminará necesitando un sistema de coordinación y comunicación inteligente entre las producciones individuales y de estas con las compañías eléctricas”, asegura.

El sistema electrónico de comunicación también servirá en el caso de exceso de producción de energía -ocurrirá si se multiplican las instalaciones de autoconsumo- porque, recuerda, “eso se traduce en cambios en la frecuencia y en la tensión de la red eléctrica”.

Los investigadores ya tienen diseñado el algoritmo que lo hace posible. Ahora debe probarse en sistemas que reproducen los de una casa real. En realidad, replican lo que ocurriría en un conjunto de viviendas. “Hemos intentado usar tecnologías novedosas para registrar las transacciones de energía. Lo hacemos a través de blockchain, una base de datos que las registra y ya no se pueden modificar”.

Helios: aprovechar las antenas móviles en los edificios para producir energía

El Grupo de Investigación GEISER ha trabajado también en un proyecto de colaboración público-privada llamado Helios, financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación en el que participaron también las empresas CLYSEMA SA y Eléctricas Hermanos Campos SL.

Su objetivo es “reconvertir los centros de retransmisión de las redes móviles -ya hay antenas en muchos edificios para el 4G y el 5G- para que sean capaces no solo de producir energía sino de auto utilizarla e inyectarla a la red cuando sobre”. 

Se trata de poner a disposición de la red eléctrica general, de forma coordinada, la capacidad de almacenamiento distribuido (baterías) que ya está instalado, pero que no se utiliza. La idea es convertir estas estaciones base en unidades de generación fotovoltaica que alimenten las baterías e inyectar energía en la red, optimizando la eficiencia energética y la rentabilidad económica dando soporte a la red eléctrica.

“La ventaja de estos centros es que todos tienen ya instaladas las baterías como alternativa de suministro eléctrico si se va la luz. Ahora casi no se usan”, explica el catedrático. Así que hay que aprovecharlas. Los investigadores de la UAH han creado un equipo electrónico que gestiona el sistema con intercambio de información en un centro de control.

“La idea es coordinar entre sí todos los centros y formar Plantas Virtuales de Potencia (PVP)”. Este sistema permite optimizar las fuentes de energía con ayuda de la Ingeniería Electrónica. En definitiva, la micro generación de energía puede compartirse si es bien aprovechada, coordinada y almacenada.

Un sistema híbrido para disponer en casa de corriente alterna y continua

Si gestionar la energía no es fácil tampoco lo es introducirla en la red desde la fuente productora. “Ha de cumplir con requisitos de calidad, de tensión, de frecuencia… Y por eso hemos trabajado en convertidores de potencia que se aplican a la producción solar y eólica”.

Ahora, la Universidad de Alcalá trabaja en un proyecto vinculado a los fondos europeos de recuperación postpandemia. “Se trata de los sistemas que participarán en gestión de la red energética del futuro”.

El investigador explica que “nuestra aportación será crear un sistema híbrido que integre sistemas de generación renovable en corriente continua, como los nuevos sistemas fotovoltaicos con tensiones en circuito abierto hasta de 2000VDC, sistemas de almacenamiento, cargas críticas como electrolizadores, cargadores ultrarrápidos de vehículos eléctricos, etc”

Hay que trabajar en la optimización del hidrógeno, la gran apuesta europea y española

Los científicos de la Universidad de Alcalá también ahondan en el hidrógeno como fuente de energía. ¿Cómo sacar rendimiento a su producción? El catedrático ofrece algunas pistas. “Cuando se produce electricidad, si existe una red eléctrica al lado, lo mejor es volcarla en ella. Es lo más eficiente porque usando el hidrógeno las pérdidas energéticas pueden superar el 50%. Tras producirlo hay que almacenarlo y posteriormente pasarlo por la pila de combustible para generar energía. Todo ello eleva las pérdidas”, explica Francisco Javier Rodríguez.

Por eso, entre los investigadores hay tanto escepticismo como esperanza en el hidrógeno, reconoce. “Hay que trabajar en la optimización de su generación y procesamiento”, insiste. En todo caso es una gran apuesta europea. También española.

 Drones y paneles inteligentes para supervisar los megaparques solares

La Universidad de Alcalá trabaja también en un proyecto junto a la Universidad Politécnica de Madrid para mejorar los sistemas de mantenimiento de los grandes parques fotovoltaicos. Recibe el nombre de COPILOT o control, supervisión y operación optimizada de plantas fotovoltaicas mediante integración sinérgica de drones, IoT y tecnologías avanzadas de comunicaciones.

Se trata de digitalizar los paneles solares, del despliegue de comunicaciones multiprotocolo, incluyendo 5G y el empleo de la información proveniente de la flota de drones para la operación en tiempo real del parque. “En las de casa no hace falta, pero sí en las grandes instalaciones de varias hectáreas”.

El proyecto se basa en añadir más sistemas inteligentes a los paneles solares. “Es una electrónica de bajo coste que permite evaluar su comportamiento y saber si hay o no problemas. Usando un dron se complementa la información: si tiene suciedad, una grieta, un punto caliente…”

Este proyecto sinérgico está en marcha desde 2021. “Les interesa mucho a las empresas porque hablamos de sistemas automáticos de revisión de los grandes parques”.

Las empresas ‘se rifan’ a los alumnos y faltan investigadores

Francisco Javier Rodríguez destaca que la Ingeniería Electrónica aplicada al sector de la energía renovable es hoy una de las salidas laborales más importantes. Las empresas se ‘rifan’ literalmente a los alumnos. Y eso repercute de forma directa en la investigación. “Nos está siendo difícil encontrar gente que investigue en el ámbito de la universidad. En segundo y tercero de la carrera ya están las empresas localizando a los mejores. Es un problema serio”.

El catedrático pone el acento también en las becas FPI o FPU que ofrece el Ministerio de Ciencia e Investigación o el de Educación. “Para el mundo de la tecnología son una miseria. No sirven, hay demasiada competencia en el mercado, incluso siendo vocacionales. Son 1.100 euros mensuales. El mejor de su promoción cobra eso durante cuatro años para hacer la tesis doctoral, así que en cuanto llega una oferta de la empresa se marcha. Seguirá ocurriendo si no se les paga mejor”.

Sustituir la energía producida con combustibles fósiles por las fuentes renovables. Es la gran apuesta actual en el imparable proceso de la transición energética. El sol, el viento, el hidrógeno… Las fuentes renovables parecen claras. También lo está la implantación de parques eólicos, fotovoltaicos y hasta las plantas de producción de hidrógeno verde, como la de Puertollano. Incluso se trabaja ya en el diseño de las redes energéticas del futuro. Pero en todo este proceso falta un detalle: ¿cómo la almacenamos?

Es un dilema que plantea Francisco Javier Rodríguez Sánchez, catedrático de la Universidad de Alcalá (UAH) y experto en Ingeniería Electrónica aplicada a sistemas de energías renovables, “Podemos hablar de redes eléctricas de futuro, pero aunque tengamos renovables, sin almacenamiento no vamos a resolver el problema energético actual”.