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El almacenamiento de energía: la revolución de energía

Las redes eléctricas dependen cada vez más de las fuentes renovables intermitentes. Para suavizar el suministro a cabo, empresas de servicios públicos están probando alternativas para el almacenamiento de energía en baterías convencionales.

 
la revolución de energía
 

Es 2025 y el día de un verano sofocante en California. Millones de paneles solares están absorbiendo los rayos del sol para alimentar los sistemas de aire acondicionado que mantienen a los hogares y oficinas en todo el estado fresco. Los dispositivos están funcionando de manera eficiente gracias a una conversación inteligente que tiene lugar entre los dispositivos y la red eléctrica. A medida que las nubes se desplazan a través de las sombras de Sun, de fundición, los acondicionadores de aire con destreza aumentar o disminuir su producción en sincronía con el flujo variable de la energía solar. En las zonas donde la demanda de electricidad se ve como si se va a sobrecargar las líneas de transmisión de energía, de origen unidades de aire acondicionado se turnan para ir fuera de línea durante una hora. En otras áreas, donde la energía solar amenaza con superar a la demanda, calentadores de agua están encendidos para absorber la energía extra.

 

Esta red de energía futuro imaginado demuestra el mismo grado de flexibilidad que los defensores de almacenamiento de energía predicen que ocurrirá con la implantación generalizada de las baterías, pero no hay electroquímica involucrados – el software manipula equipos consumidores de energía para que se usa más electricidad cuando es más abundante , barato o verde.

 

El concepto se denomina «demanda expedición», porque sería activar y desactivar la demanda de energía – tanto como operadores de la red envían de forma dinámica la electricidad generada por las centrales eléctricas en la actualidad. En el futuro, las redes de energía es probable que utilice tanto el «almacenamiento virtual» creado por el envío de la demanda y la verdadera almacenamiento de energía de las baterías. Pero el envío de la demanda podría ser el jugador más grande de los dos, con un uso inteligente de los aparatos existentes que ofrecen un menor impacto ambiental y la etiqueta de precio más delgado que las baterías.

 

«Se puede crear una flexibilidad mucho más barata mediante el control de las cargas eléctricas», dice Sean Meyn, director del Instituto de la Florida para la energía sostenible en Gainesville.»Usted tiene que instalar equipos de comunicación, pero después de eso no hay nada que llevar a cabo, nada de reemplazar.»

 

Meyn no está solo en previsión de que la demanda de despacho – en lugar de las baterías – que será la primera línea de defensa para las futuras redes. Un informe publicado en mayo por el Massachusetts Institute of Energy Initiative Tecnología (go.nature.com/ogv7wa ) dijo que el control de la demanda para maximizar el consumo de la energía solar, ya que se genera es más barato que almacenar el exceso de energía en las baterías. «Carga desplazando a horas cuando [solar] generación es alto debe ser el primer recurso para mirar», señala el informe.

 

La energía alternativa: Las soluciones de almacenamiento

 

Esta opción no-batería ya está llegando en línea como investigadores y desarrolladores comerciales a establecer protocolos de comunicación para enlazar equipos consumidores de energía para los operadores de redes, el desarrollo de algoritmos para optimizar su implementación y experimentar con los modelos de negocio necesarios para financiar los sistemas. Pero el envío de la demanda también se enfrenta a las preocupaciones sobre su seguridad y sus beneficios financieros. Una prueba importante en la Corte Suprema de Estados Unidos este mes de octubre podría liberar el potencial de la demanda de despacho, o dejarlo languidecer en las líneas laterales se vea eclipsada por el almacenamiento de la batería.

 
Como reacción a la demanda
 

Empresas de servicios públicos de todo el mundo deben mantener las centrales de repuesto sentados sin hacer nada para servir a los picos de demanda de energía que pueden ocurrir en tan sólo unos días cada año. Para mantener el número de plantas adicionales al mínimo, utilizan ‘gestión de la demanda’ para ayudar a controlar la necesidad de poder. Esto incluye ofrecer descuentos para el uso de electrodomésticos eficientes o la aplicación de precios en tiempo del día que incentiva el consumo de energía cuando la demanda de la red es baja. Muchas empresas de servicios públicos también practican la respuesta de la demanda ‘, en el que pagan los usuarios de energía seleccionadas – por lo general las fábricas y otras operaciones industriales y comerciales grandes – a reducir su consumo de energía cuando las redes eléctricas son muy tensas.

 

el envío de la demanda de energía para proporcionar almacenamiento virtual es una forma avanzada de respuesta de la demanda, el crecimiento potencial de que está limitada por el impacto chocante que los usuarios de energía – el cierre de una fábrica para ahorrar energía significa una pérdida de ingresos para los propietarios. el envío de la demanda es sobre la automatización de respuesta de la demanda y convertirlo en un activo más flexible y dinámico que los clientes apenas se notan. La clave está aprovechando el equipo que puede ser apagado durante unos minutos u horas sin molestar a los usuarios. No todas las cargas son un buen ajuste, admite Mary Ann Piette, jefe de la Tecnología de la Construcción y la División de Sistemas Urbanos en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en California. La iluminación es difícil de apagar discretamente, por ejemplo.

 

Pero el equipo adecuado es más común de lo que piensa, dice ella. calentadores de agua eléctricos, refrigeradores y aparatos de aire acondicionado todos pueden ser interrumpido por varias horas a la vez sin afectar a los clientes, gracias a la inercia térmica, la creación de una ventana para el almacenamiento virtual con poca o ninguna molestia.

respuesta de la demanda convencional se refiere exclusivamente a la reducción de la carga, pero el envío de la demanda a menudo puede absorber la electricidad también. Al igual que una batería puede ser cargada y descargada, algunos dispositivos eléctricos pueden ser dirigidas a precalentar el agua, pre-enfriar un espacio o subir la presión en una tubería de agua cuando los vientos fuertes y un sol radiante están proporcionando energía excedente. Sin embargo, la agregación de muchos dispositivos para crear un recurso importante y fiable de almacenamiento virtual hace una solicitud de expedición de una herramienta más compleja que las baterías. «Es complicado», admite Robert Pratt, que conduce el programa de red inteligente en el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico en Richland, Washington. «Sin embargo, puede ser más barato.»

 

Piette dice que el sistema de su grupo diseñado para edificios comerciales cuesta US $ 200-300 por kilovatio, considerablemente menos que los sistemas de baterías que pueden costar más de $1,000 por kilovatio.

 

Meyn ha estudiado el potencial para el control de sistemas de aire acondicionado en edificios comerciales para absorber la variabilidad de corto plazo, minuto a minuto en la energía solar. Dice que muchos sistemas de aire acondicionado comerciales podrían mantener el suministro y la demanda en equilibrio ajustando sus velocidades del ventilador en función de la disponibilidad de la energía solar. Sus estudios en un edificio en el campus de la Universidad de Florida sugieren que este no tendría ningún efecto detectable en la comodidad, y añadiría sin costo alguno para la operación del equipo. El impacto en la red, por su parte, se ve grande.»Podemos acomodar una rejilla accionado 50 % por la energía renovable sin el uso de baterías», dice Meyn.

 

firmas empresariales ya están comenzando a ganar dinero haciendo lo que propone Meyn.ENBALA Eléctricas Redes en Vancouver, Canadá, que ha sido la venta de servicios de la red de equilibrio desde 2011, se nutre de grandes cargas de potencia que se pueden controlar de forma variable, como bombas de agua industriales, y los ajusta en respuesta a las señales de los operadores de red para utilizar el disponibles la energía de manera más eficiente.

 

Varios proyectos de demostración realizados en los últimos tres años han probado el envío de la demanda como medio para suavizar las fluctuaciones de energía más grandes durante varias horas, como los grandes cambios en la producción de energía eólica causados ​​por cambios en los sistemas climáticos. PowerShift Atlántico, una demostración completado este año por un consorcio de operadores de energía conexión a la red en tres de las provincias marítimas de Canadá, la coreografía de 17 megavatios de equipos a 1.400 hogares y empresas para absorber explosiones y los mínimos de la energía eólica que, en ciertos momentos, genera más de la mitad de la electricidad de la región.

 

El control de 20-30 % de la demanda de energía sería suficiente para casi aplanar la variabilidad en el suministro de energía de la región, dice Tom Osterhus, presidente ejecutivo de Analytics Integral, la empresa en Cincinnati, Ohio, que hizo que el software de control para PowerShift Atlántico. Michel Losier, gerente y director de los clientes y de la comunidad para la empresa de servicios públicos NB Power en New Brunswick, Canadá del proyecto, dice que en un día de invierno típico, cuando la temperatura del aire exterior es a menudo por debajo de cero, tanques de agua y la cuenta de calefacción eléctrica por alrededor 55 % de la carga máxima de New Brunswick – exactamente el tipo de aparatos que pueden ser controlados para dar forma a la demanda.

 
Control remoto
 

Los investigadores y los empresarios se enfrentan a varios obstáculos técnicos para convertir proyectos como PowerShift Atlántico en la realidad para el funcionamiento de la red de alimentación. Aprovechar el potencial-almacenamiento virtual de millones de dispositivos es un reto masivos de comunicación y control. Y, debido a que muchos de esos dispositivos residen en los hogares, significa tratar de los clientes residenciales de energía.

 

Forjar un enlace de comunicaciones fiables entre los dispositivos de energía residenciales y operadores de la red surgió como un desafío, tanto en Atlántico PowerShift y una serie de recientes proyectos de redes inteligentes financiados por el Departamento de Energía de Estados Unidos. Utilidades menudo se esforzó para obtener diversos sistemas para comunicarse entre sí.Otros proyectos encontraron que el uso de contadores inteligentes de comunicación, muchos de los cuales están optimizados para el intercambio de datos con la utilidad de cada 15 minutos, era demasiado lento para el envío centralizado de almacenamiento virtual.

 

Como resultado, los operadores están tratando de pasar por alto los contadores inteligentes y vincular a los electrodomésticos de los clientes que utilizan sus conexiones a Internet de banda ancha. Un protocolo estándar para las comunicaciones de Internet llamado OpenADR, que fue desarrollado por el grupo de Piette, hace que sea fácil para todas las partes del sistema que se comuniquen entre sí. A medida que la amplia interconexión de dispositivos de consumo conocidos como el Internet de las cosas que progresa, los costos bajan más y más cargas podrán participar, dice Piette. «El futuro es prometedor para el almacenamiento virtual. Gracias a la Internet de las cosas, el costo de la telemetría es cada vez más barato «.

 

Sin embargo, el uso de Internet viene con una advertencia: que potencialmente deja a los consumidores y las redes de energía vulnerables a los ataques cibernéticos y las infracciones de la confidencialidad. Pratt dice que estos riesgos crecerán como aparatos conectados enlazan a una variedad cada vez más amplia de sitios tales como las redes sociales y trajes en línea-compras. «Si su refrigerador no sólo está conectado a la red, pero también se ejecuta a través del oeste salvaje salvaje de la Internet, eso no puede ser bueno», dice. «Es una preocupación creciente de que en el Internet de las cosas sus dispositivos serán tan promiscua en quién hablan de que realmente estamos abriendo la caja de Pandora».

 

Pratt, Meyn y otros están trabajando en esquemas de control que podrían reducir la amenaza cibernética al confiar en la inteligencia más distribuida, con las decisiones tomadas por los propios dispositivos en lugar de un ordenador central rejilla. Meyn está desarrollando un sistema de control distribuido que espera que en última instancia no requieren más de un apretón de manos digitales por día, en lugar de una comunicación constante entre los dispositivos y la red.

 

Por otra parte, la conexión a Internet también ofrece grandes oportunidades, y compañías de Internet como Google están dispuestos a aprovechar. Google adquirió domóticos Nest Labs firma, con sede en Palo Alto, California, por $ 3,2 mil millones en 2014, y que lo está utilizando para construir un sistema de almacenamiento de energía virtual.

 

termostatos de adaptación de los nidos utilizan sensores de adivinar cuando las viviendas están desocupadas y luego ponen automáticamente sus calentadores o aparatos de aire acondicionado en un modo de bajo consumo de energía, por lo que el ahorro de energía fácil. Pero también están conectados a la Internet, lo que permite que el termostato al factor predicciones meteorológicas locales en su comportamiento. Y, para los propietarios que se inscriban a los programas de la demanda de despacho de Nest, conectividad crea un grupo de potencial de almacenamiento virtual que pueden tener acceso a los servicios públicos, a través de la jerarquía, para ajustar dinámicamente la demanda de energía.

 

Nueve empresas de servicios públicos en los Estados Unidos y Canadá se han inscrito en los programas de la demanda de despacho de Nest, incluyendo la energía de Austin en Texas, que se había inscrito cerca de 9.000 clientes con termostatos inteligentes antes de junio. Juntos estos hogares pueden absorber o liberar hasta 10,7 megavatios de energía – una capacidad de almacenamiento virtual que la utilidad espera utilizar 12-15 veces al año para controlar los picos de demanda en los días calurosos, cuando los costos energéticos al por mayor pueden elevarse desde menos de $ 50 por megavatio-hora a más de $ 1,000.

 
Trampas eléctricas
 

El mayor obstáculo para el envío de la demanda puede ser la incertidumbre regulatoria sobre cómo va a ser incorporado en el sistema de energía, y la cantidad de los operadores de red deben pagar por ello. Hay signos positivos para el mercado, ya que algunos estados y regiones siguen adelante con las reglas que abrazan el envío de la demanda, incluyendo PJM Interconnection, el operador de la red de Estados Unidos durante 13 estados del Atlántico medio y el Distrito de Columbia.

 

Bajo la presidencia de Estados Unidos, Barack Obama, la Comisión Federal Reguladora de Energía (FERC) ha acogido con entusiasmo gestión de la demanda. En 2011, la Orden 745 de la FERC autorizado mercados mayoristas de energía que pagar las empresas que agregan respuesta de la demanda el mismo precio para la gestión de megavatios-hora de la demanda ya que los operadores de centrales eléctricas reciben para la generación de energía. Comisión de Servicios Públicos de Nueva York anunció en junio un mandato para todos los servicios públicos del estado para ofrecer programas de gestión de la carga a mediados de 2016.

 

Respuesta de la demanda también está creciendo rápidamente a nivel internacional. Los países europeos están abriendo sus mercados de energía a la demanda, a los recursos, y Japón y China se están ejecutando proyectos piloto. Navigant Research, que se especializa en los mercados de tecnología limpia, predice que la inversión mundial anual en respuesta a la demanda crecerá de $2 mil millones en 2015 a más de $ 12.8 mil millones en 2023 ya que se expande más allá de América del Norte.

 

A pesar de estas señales positivas, todavía hay muchos mercados de la energía en el que los reguladores están adoptando un enfoque cauteloso, que cuestionan si los megavatios-horas de almacenamiento virtual que las promesas de la tecnología se llegue a materializarse cuando se necesitan. Este mes de octubre, el Tribunal Supremo de Estados Unidos decidirá si mantiene un reto – que la compensación es competencia de los reguladores estatales – a la FERC Orden 745 por generadores de energía. Los defensores de la expedición de la demanda, tales como Meyn, dicen que el fallo es crucial para el futuro de la tecnología.

 

Mei Shibata, co-fundador de ThinkEco, un almacenamiento virtual puesta en marcha en la ciudad de Nueva York, dice que los recursos ante los tribunales ya han ralentizado el crecimiento en los Estados Unidos, al retrasar el inicio de proyectos de demostración necesarios para convencer a los reguladores de energía que la tecnología funciona. Ella predice una gran conmoción viniendo como empresas de capital riesgo financiadas en desarrollo la demanda que puede ser enviado a corto plazo de los fondos de espera para que los mercados maduros. «El mercado crecerá de respuesta de la demanda residencial y automatizado, y la convergencia de respuesta de la demanda y la Internet de las cosas va a suceder, dando utilidades un mejor control sobre el uso de energía,» dice ella. «Pero cómo sucede esto no va a ser una imagen muy bonita.»

 
Fuente: nature.com

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