Sistemas químicos/térmicos
Aunque el almacenamiento de hidrógeno líquido puede proporcionar vehículos de alto rendimiento y bajo coste, las consideraciones de seguridad probablemente impedirán su uso generalizado.
○
El almacenamiento de hidruros metálicos es comparable a los sistemas avanzados de baterías, pero la disponibilidad y el coste del hidrógeno son los principales obstáculos.
○
El almacenamiento térmico es un sistema exploratorio que puede ser comparable a los vehículos de batería avanzada; sin embargo, la seguridad, los medios de recarga térmica y el desarrollo del motor Stirling son problemas clave.
La segunda presentación sobre los mecanismos de almacenamiento de energía utilizados para el transporte corrió a cargo del profesor Robert McAlevy, del Instituto Tecnológico Stevens. Comenzó señalando que los vehículos de motor han sido propulsados casi exclusivamente por combustibles derivados del petróleo durante los últimos 60 años. Ahora, sin embargo, debido a la incertidumbre sobre las fuentes extranjeras de petróleo y a la rápida subida de los precios, es necesario desarrollar una alternativa viable a los vehículos alimentados por petróleo.
Una alternativa es una clase de vehículos que emplean dispositivos de almacenamiento de energía a bordo que contienen energía derivada de fuentes no petrolíferas. Entre los ejemplos de este tipo de vehículos se encuentran los vehículos eléctricos, los vehículos alimentados por hidrógeno y los vehículos con volante de inercia. Se ha desarrollado un modelo analítico sencillo que se ha aplicado con éxito para evaluar estos vehículos alternativos.
El modelo permite relacionar la masa total del vehículo y el consumo de energía, mediante ecuaciones algebraicas lineales, con las características de los componentes y el rendimiento del vehículo. Estas ecuaciones se han utilizado para proyectar la masa y el consumo de energía de los vehículos alternativos en plazos futuros, así como para predecir el impacto de la adición del volante de inercia en la masa total y el consumo de energía del vehículo. Los resultados del modelo pueden proporcionar una base racional para la inversión en investigación y desarrollo y otros análisis políticos relacionados con el avance de los vehículos alternativos.
El Dr. Ronald Smelt, antiguo científico jefe de Lockheed Aircraft Co., analizó el impacto de la crisis energética en la industria del automóvil desde la perspectiva de un fabricante de automóviles. En el contexto de la oferta y la demanda internacional de automóviles, la cuestión importante a la hora de evaluar la penetración en el mercado del vehículo eléctrico es qué países pasarán primero del petróleo a las fuentes de energía alternativas. Una cuestión secundaria es qué combustibles alternativos se utilizarán.
Especulando sobre la base de la experiencia pasada, el Dr. Smelt concluyó que, en primer lugar, debe haber una fuerte necesidad (por ejemplo, escasez de petróleo). En segundo lugar, el país debe tener la capacidad de producir y utilizar la tecnología. En tercer lugar, los habitantes del país no deben tener que recorrer grandes distancias.
Los miembros del panel coincidieron en el debate que siguió a la presentación del Dr. Smelt en que su enfoque era útil para identificar los parámetros que deben tenerse en cuenta al evaluar la penetración en el mercado. El Dr. Smelt señaló que los modelizadores tienden a centrar su atención en Estados Unidos. Sin embargo, lo más probable es que Estados Unidos sea el último país en pasar al uso generalizado de vehículos eléctricos debido a las posibilidades que ofrecen los combustibles sintéticos derivados del carbón, el esquisto y la biomasa.
El Dr. Joseph Asbury, del Laboratorio Nacional de Argonne, hizo a continuación una presentación sobre los mecanismos de almacenamiento de energía para edificios. Los trabajos recientes del grupo de evaluación del almacenamiento de Argonne se han centrado en la evaluación de las tecnologías de calefacción y refrigeración con almacenamiento eléctrico, incluyendo la calefacción con almacenamiento eléctrico, el sistema de calefacción bivalente (por ejemplo, petróleo, electricidad), las bombas de calor eléctricas y los sistemas de energía solar. El coste total de la prestación de servicios de calefacción y refrigeración de espacios con sistemas de almacenamiento de energía térmica se comparó con el coste de la prestación de estos servicios con tecnologías de la competencia.
Reconociendo que la energía eléctrica no tiene un precio de coste marginal real, Argonne ideó un método para calcular el coste de la electricidad con el fin de determinar el coste total del servicio. En el enfoque de estudio de este problema, se utilizó el modelo de asignación de costes de Argonne, SIMSTOR, para estimar los costes de suministro de los servicios públicos en las áreas de servicio de todo el país. El análisis de dos áreas de servicio (la región del noreste, abastecida por una compañía eléctrica cuyo pico de carga se produce durante la temporada de calefacción de invierno; y la región del Atlántico medio, abastecida por una compañía de verano) indicó que los sistemas de almacenamiento y bivalentes son las tecnologías más eficientes en el área de servicio de invierno, y la bomba de calor en combinación con el almacenamiento es la tecnología de menor coste en el área de servicio abastecida por la compañía de verano (véanse los gráficos MA.1 y MA.2). El coste del suministro de energía incluye los costes del servicio público y del combustible dual. Para valorar las unidades de capital de forma coherente a ambos lados del contador eléctrico, los costes anualizados del cliente se calculan sobre la base del mismo índice de recuperación de capital utilizado para la compañía eléctrica.
Exhibición MA.1. Coste anualizado para diferentes tecnologías de calefacción y refrigeración-área de servicio de invierno (coste de la empresa eléctrica en ambos lados del contador)
Exhibit MA. 2. Annualized Cost of Different Heating and Cooling Technologies-Summer-Peaking Service Area (Utility Costs on Both Sides of Meter)
El Dr. Asbury también comentó brevemente el trabajo de Argonne sobre el almacenamiento estacional para la calefacción del 100% de los edificios y la disponibilidad solar para la calefacción de espacios.
El Dr. Heinz Pfeiffer, de Pennsylvania Power and Light Company, presentó su documento de evaluación de los sistemas de almacenamiento de energía para las empresas eléctricas. Señaló que el sector de los servicios eléctricos representa un gran mercado potencial para los sistemas avanzados de almacenamiento adecuados. Dichos sistemas, dimensionados adecuadamente para ciclos de almacenamiento diarios o semanales, podrían ser alternativas a las unidades de generación primaria para los modos de generación intermedia o de pico. Las instalaciones pueden ser viables en los sitios de generación central o, en unidades dispersas, para ubicaciones en las redes de transmisión y distribución o en el sitio del cliente. En general, si se desarrollan y demuestran las tecnologías de almacenamiento adecuadas, hasta el 10% de los equipos de generación primaria instalados que necesiten las empresas eléctricas en el periodo 1985-95 podrían ser desplazados por sistemas de almacenamiento.
Las capacidades de almacenamiento de interés potencial oscilarán entre los 15 MW de las instalaciones de subestaciones dispersas y los varios miles de MW de las grandes ubicaciones de estaciones centrales. Las unidades necesitarán duraciones de almacenamiento que van de 2 horas a 2 días y tendrán que funcionar con relaciones de tiempo de carga/descarga de 0,2 a 2,4. Estos amplios rangos de parámetros de funcionamiento proporcionarán un gran margen de maniobra para las innovaciones tecnológicas.
Sin embargo, puede haber mucho menos margen de maniobra si se tienen en cuenta los parámetros operativos. No es probable que los conceptos de dispositivos de almacenamiento reciban una consideración seria a menos que los futuros requisitos de ingresos para cubrir sus costes sean menores que los de la prestación de un servicio comparable con equipos de generación primaria. En la medida en que el ahorro global resultante de la reducción del coste del combustible vaya acompañado de mayores inversiones de capital iniciales, es probable que se necesite mucho más que una ventaja de coste de equilibrio para que se consideren favorablemente los sistemas de almacenamiento debido a los problemas de adquisición de capital de las empresas de servicios públicos.
Los beneficios potenciales de los sistemas de almacenamiento de las empresas de servicios públicos son lo suficientemente grandes como para justificar un programa de investigación y desarrollo destinado a aclarar algunas de las incertidumbres operativas relativas a su uso. Dicho programa debería incluir:
○
Establecer modelos cuantitativos de los efectos y beneficios de los niveles de capacidad de almacenamiento sobre la fiabilidad del servicio y las combinaciones óptimas de generación y márgenes de reserva. Estos modelos deberían incorporar proyecciones detalladas de la demanda para el periodo posterior a 1990, reflejando los probables cambios en las características de carga de las compañías eléctricas.
○
Desarrollar los beneficios del almacenamiento disperso en función de las características geográficas, de uso del suelo y de la demanda de las compañías eléctricas. Este estudio debería realizarse a nivel regional en lugar de a nivel nacional.
○
Establecer las posibles interacciones entre el almacenamiento, el control de la carga y las entidades más pesadas entre las zonas con diferentes características de carga.
○
Relacionar el almacenamiento disperso con la generación dispersa y los sistemas de energía total.
Paralelamente a estos estudios, es necesario apoyar la investigación y el desarrollo de conceptos de almacenamiento prometedores para garantizar la disponibilidad oportuna de opciones de almacenamiento de servicios públicos con una amplia gama de características de funcionamiento.
El Dr. Charles Johnson, de la Universidad de Maryland, presentó a continuación su ponencia sobre el establecimiento de prioridades para los proyectos de investigación, que plantea un difícil problema a los planificadores gubernamentales y empresariales. La extrema incertidumbre y los importantes requisitos de información dificultan la aplicación de los enfoques tradicionales de optimización y cartera en la selección de un conjunto de proyectos. La Universidad de Maryland ha desarrollado y aplicado una técnica de priorización a un problema de muestra en la investigación sobre el almacenamiento de energía.
En primer lugar, se construye una estructura jerárquica que consiste en un objetivo general y varios subobjetivos ordenados. En todos los niveles de la jerarquía, cada par de elementos se compara con el elemento al que contribuye. Las comparaciones pueden basarse en pruebas experimentales, en el ejercicio de modelos, en la opinión de expertos o directivos y en las preferencias de la sociedad. A continuación, las comparaciones se resumen en una matriz cuadrada en la que se indican las proporciones correspondientes. Los vectores de pesos se deducen de esta matriz y se agregan para establecer los valores finales, que se utilizan para clasificar las alternativas.
Se ha construido una jerarquía de muestra para comparar ocho tipos de baterías propuestas para su uso en el transporte. Las principales consideraciones para esta clasificación fueron el rendimiento eléctrico, los aspectos medioambientales y de seguridad, los costes y plazos de desarrollo y los aspectos de mercado. Para la construcción final, se solicitaron sugerencias a los usuarios y a los directores de programas del DOE.