Una central eléctrica híbrida típica combina la generación de electricidad con el almacenamiento en baterías.
Estas centrales están cobrando protagonismo porque la energía renovable, por naturaleza, se produce de forma intermitente: el viento no sopla y el sol no brilla todo el tiempo
Las baterías pueden almacenar el excedente de electricidad que se produce cuando el viento hace girar las turbinas y el sol incide en los paneles solares, y liberarlo más tarde.
En la década de 2020 podría producirse un auge de este tipo de centrales; la energía solar y las instalaciones híbridas ya dominan la cartera de proyectos en desarrollo en Estados Unidos.
Sin embargo, aún quedan preguntas sobre los costos, las configuraciones y la integración de estas centrales en el mercado eléctrico.
El sistema eléctrico de Estados Unidos está experimentando una transformación radical en su transición de los combustibles fósiles a las energías renovables. Mientras que en la primera década de los años 2000 creció enormemente la generación a partir de gas natural y la década de 2010 fue la de la energía eólica y solar, los primeros indicios apuntan a que la innovación de la década de 2020 podría ser un auge de las centrales eléctricas «híbridas».
Una central eléctrica híbrida típica combina la generación de electricidad con el almacenamiento en baterías en un mismo lugar. A menudo, esto significa una planta solar o eólica emparejada con baterías a gran escala. Al trabajar en conjunto, los paneles solares y el almacenamiento en baterías pueden generar energía renovable cuando la energía solar alcanza su punto máximo durante el día y liberarla cuando se necesita, una vez que se pone el sol.
Un vistazo a los proyectos de generación y almacenamiento en desarrollo ofrece una perspectiva del futuro de la energía híbrida.
Nuestro equipo del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley descubrió que la asombrosa cifra de 1.400 gigavatios en proyectos propuestos de generación y almacenamiento han solicitado conectarse a la red: más que la capacidad combinada de todas las centrales eléctricas existentes en Estados Unidos. El grupo más numeroso corresponde ahora a proyectos solares, y más de un tercio de ellos combina energía solar con almacenamiento en baterías.
Aunque estas centrales eléctricas del futuro ofrecen muchas ventajas, también plantean preguntas sobre cómo conviene operar la red eléctrica.
Por qué las híbridas están en auge
A medida que crecen la energía eólica y la solar, empiezan a tener un gran impacto en la red.
La energía solar ya supera el 25 % de la generación eléctrica anual en California y se está extendiendo rápidamente a otros estados, como Texas, Florida y Georgia. Los estados del «cinturón eólico», desde las Dakotas hasta Texas, han visto un despliegue masivo de turbinas eólicas, y ahora Iowa obtiene la mayor parte de su electricidad del viento.
Este elevado porcentaje de energía renovable plantea una pregunta: ¿cómo integramos fuentes renovables que producen grandes cantidades de electricidad, pero variables a lo largo del día?
Ahí es donde entra en juego el almacenamiento. Los precios de las baterías de iones de litio han caído rápidamente a medida que la producción ha aumentado para abastecer al mercado de vehículos eléctricos en los últimos años. Aunque preocupa que surjan dificultades futuras en la cadena de suministro, también es probable que evolucione el diseño de las baterías.
La combinación de energía solar y baterías permite a quienes operan centrales híbridas suministrar electricidad durante las horas de mayor valor, cuando la demanda es más fuerte, como las tardes y noches de verano, cuando los aparatos de aire acondicionado funcionan a máxima potencia. Las baterías también ayudan a estabilizar la producción de energía eólica y solar, almacenar el excedente de electricidad que de otro modo se limitaría y reducir la congestión de la red.
Las centrales híbridas dominan la cartera de proyectos
A finales de 2020, había 73 proyectos híbridos solares y 16 eólicos en funcionamiento en Estados Unidos, con una capacidad de generación de 2,5 gigavatios y 0,45 gigavatios de almacenamiento.
Hoy, la energía solar y las instalaciones híbridas dominan la cartera de proyectos en desarrollo. A finales de 2021, más de 675 gigavatios de plantas solares propuestas habían solicitado autorización para conectarse a la red, y más de un tercio de ellas estaban combinadas con sistemas de almacenamiento. Otros 247 gigavatios de parques eólicos estaban a la espera, de los cuales 19 gigavatios, o alrededor del 8 %, correspondían a instalaciones híbridas.
Por supuesto, solicitar una conexión es solo un paso en el desarrollo de una central eléctrica. Quien la desarrolla también necesita acuerdos sobre terrenos y con la comunidad, un contrato de venta, financiación y permisos. Solo alrededor de una de cada cuatro centrales propuestas entre 2010 y 2016 llegó a operar comercialmente. Sin embargo, el gran interés en las centrales híbridas presagia un fuerte crecimiento.
En mercados como el de California, las baterías son prácticamente obligatorias para quienes desarrollan nuevas plantas solares. Dado que la energía solar suele representar la mayor parte de la electricidad en el mercado diurno, construir más aporta poco valor. Actualmente, el 95 % de toda la capacidad solar a gran escala propuesta que está en la cola de interconexión de California incluye baterías.
5 lecciones sobre las centrales híbridas y preguntas para el futuro
Las oportunidades de crecimiento de las instalaciones híbridas renovables son claramente amplias, pero también plantean algunas preguntas que nuestro grupo del Laboratorio Berkeley ha estado investigando.
Estos son algunos de nuestros principales hallazgos:
La inversión resulta rentable en muchas regiones. Descubrimos que añadir baterías a una central solar aumenta el costo, pero también el valor de la electricidad. Ubicar la generación y el almacenamiento en el mismo lugar permite aprovechar los créditos fiscales, reducir los costos de construcción y ganar flexibilidad operativa. Al analizar el potencial de ingresos de los últimos años y tener en cuenta los créditos fiscales federales, el valor añadido parece justificar el mayor costo.
La ubicación conjunta también implica concesiones. La energía eólica y la solar funcionan mejor donde los recursos eólicos y solares son más abundantes, pero las baterías aportan más valor donde pueden ofrecer los mayores beneficios para la red, como aliviar la congestión. Por eso, al determinar la ubicación óptima y de mayor valor, hay que sopesar distintas ventajas. En algunos casos, los créditos fiscales federales, que solo se pueden obtener cuando las baterías están ubicadas junto a instalaciones solares, podrían estar fomentando decisiones subóptimas.
No existe una combinación óptima única. El valor de una central híbrida depende en parte de la configuración de los equipos. Por ejemplo, el tamaño de la batería en relación con la capacidad del generador solar puede determinar hasta qué hora de la noche puede suministrar electricidad la central. Sin embargo, el valor de la electricidad nocturna depende de las condiciones del mercado local, que cambian a lo largo del año.
Las reglas del mercado eléctrico deben evolucionar. Las instalaciones híbridas pueden participar en el mercado eléctrico como una sola unidad o como entidades independientes, con la energía solar y el almacenamiento presentando ofertas por separado. También pueden vender o comprar electricidad, o hacer ambas cosas. Esto puede complicarse. Las reglas de participación en el mercado para las instalaciones híbridas siguen evolucionando, por lo que quienes operan las centrales experimentan con distintas formas de vender sus servicios.
Las pequeñas instalaciones híbridas crean nuevas oportunidades: Las centrales eléctricas híbridas también pueden ser pequeñas, como los sistemas solares con baterías instalados en una vivienda o un negocio. Estas instalaciones híbridas se han vuelto habituales en Hawái a medida que la energía solar satura la red. En California, cada vez más clientes que están sujetos a cortes de electricidad para prevenir incendios forestales añaden sistemas de almacenamiento a sus instalaciones solares. Estas instalaciones híbridas «detrás del contador» plantean preguntas sobre cómo deberían valorarse y cómo pueden contribuir al funcionamiento de la red.
Las instalaciones híbridas apenas comienzan a desarrollarse, pero se avecinan muchas más. Se necesita investigar más las tecnologías, el diseño de los mercados y la regulación para garantizar que la red y sus tarifas eléctricas evolucionen con ellas.
Aunque aún quedan preguntas por responder, está claro que las instalaciones híbridas están redefiniendo las centrales eléctricas. Y, en el proceso, podrían transformar el sistema eléctrico de Estados Unidos.
