Hispanopedia Wiki
Articulo de referencia

Power-to-X

Transformación en la unión de sectores Power-to-X (también P2X y P2Y ) son vías de conversión de electricidad , almacenamiento de energía y reconversión a partir de excedentes d...

Hispanopedia WikiContenido en espanolLectura gratuita

Transformación en la unión de sectores

Power-to-X (también P2X y P2Y ) son vías de conversión de electricidad , almacenamiento de energía y reconversión a partir de excedentes de energía renovable . [ 1 ] [ 2 ] Al vincular el sector eléctrico con otros sectores energéticos, las tecnologías de conversión Power-to-X ofrecen la posibilidad de aprovechar las sinergias en todo el sector energético, tal como se concibe con el concepto de acoplamiento sectorial y sistemas energéticos inteligentes totalmente integrados. [ 3 ]

La X en la terminología puede referirse a uno de los siguientes: power-to- ammonia , power-to- chemicals , [ 4 ] power-to-gas (power-to-hidrógeno, power-to-metano), power-to-food, [ 5 ] y power-to-heat . La carga de vehículos eléctricos, la calefacción y refrigeración de espacios y el calentamiento de agua pueden ajustarse en el tiempo para coincidir con la generación. Estas son formas de respuesta a la demanda que pueden considerarse power-to-mobility y power-to- heat respectivamente. Si bien los usos de energía como la carga, la creación de alimentos, la calefacción y la creación de productos químicos pueden considerarse separados, los casos de uso como power-to-ammonia y ambos ejemplos de power-to-gas pueden considerarse ejemplos de electrocombustibles . Estos son una clase de combustibles sintéticos que tienen potencial como combustible neutro en carbono si se crean con energía renovable.

En conjunto, los esquemas de conversión de energía a otros recursos (power-to-X) que utilizan el excedente de energía se engloban dentro de las medidas de flexibilidad y resultan especialmente útiles en sistemas energéticos con una alta proporción de generación renovable y/o con ambiciosos objetivos de descarbonización . [ 1 ] [ 2 ] El término abarca un gran número de vías y tecnologías. En 2016, el gobierno alemán financió un  proyecto de investigación de primera fase de 30 millones de euros sobre opciones de conversión de energía a otros recursos (power-to-X). [ 6 ]

Conversión de energía en combustible

El excedente de energía eléctrica puede convertirse en energía de combustible gaseoso para su almacenamiento y reconversión. [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] La electrólisis de corriente continua del agua (eficiencia del 80-85% en el mejor de los casos) puede utilizarse para producir hidrógeno que, a su vez, puede convertirse en metano (CH 4 ) mediante metanación . [ 7 ] [ 11 ] Otra posibilidad es convertir el hidrógeno, junto con el CO 2 en metanol. [ 12 ] Ambos combustibles pueden almacenarse y utilizarse para producir electricidad de nuevo, horas o meses después.

Almacenamiento y reconversión de energía en combustible

El hidrógeno y el metano pueden utilizarse como combustibles derivados , inyectados en la red de gas natural o utilizados para fabricar combustible sintético . [ 13 ] [ 14 ] Alternativamente, pueden utilizarse como materia prima química , al igual que el amoníaco ( NH 3 ).

Las tecnologías de reconversión incluyen turbinas de gas , plantas de ciclo combinado , motores alternativos y pilas de combustible . Power-to-power se refiere a la eficiencia de reconversión de ida y vuelta. [ 7 ] Para el almacenamiento de hidrógeno, la eficiencia de ida y vuelta sigue limitada al 35-50%. [ 2 ] La electrólisis es costosa y los procesos power-to-gas necesitan un número considerable de horas de carga completa para ser económicos. [ 1 ] Sin embargo, si bien la eficiencia de conversión de ida y vuelta de power-to-power es menor que con las baterías y la electrólisis puede ser costosa, el almacenamiento de los combustibles en sí es bastante económico. Esto significa que se pueden almacenar grandes cantidades de energía durante largos períodos de tiempo con power-to-power, lo cual es ideal para el almacenamiento estacional. Esto podría ser particularmente útil para sistemas con una alta penetración variable de energía renovable , ya que muchas áreas tienen una variabilidad estacional significativa de la generación solar, eólica e hidroeléctrica de pasada .

Baterías

A pesar de que también se basa fundamentalmente en reacciones químicas electrolíticas , el almacenamiento en baterías no se considera normalmente un concepto de conversión de energía en combustible.

Energía para calentar

El objetivo de los sistemas de conversión de energía eléctrica en calor es aprovechar el excedente de electricidad generado por fuentes de energía renovables que, de otro modo, se desperdiciaría. Según el contexto, la energía eléctrica convertida en calor puede almacenarse como calor o suministrarse como calor para satisfacer una necesidad. [ 15 ]

Sistemas de calefacción

A diferencia de los sistemas de calefacción eléctrica simples, como la calefacción nocturna por acumulación, que cubre todas las necesidades de calefacción, los sistemas de conversión de energía eléctrica en calor (power-to-heat) son sistemas híbridos que, además, cuentan con sistemas de calefacción tradicionales que utilizan combustibles químicos como la madera o el gas natural. [ 16 ] : 124 Cuando hay un exceso de energía, la producción de calor puede provenir de energía eléctrica; de lo contrario, se utilizará el sistema de calefacción tradicional. Para aumentar la flexibilidad, los sistemas power-to-heat suelen estar acoplados a acumuladores de calor. El suministro de energía se produce principalmente en las redes de calefacción locales y de distrito. Los sistemas power-to-heat también pueden suministrar calor a edificios o sistemas industriales. [ 17 ]

La conversión de energía eléctrica en calor implica contribuir al sector de la calefacción, ya sea mediante calefacción por resistencia o mediante una bomba de calor . Los calentadores de resistencia tienen una eficiencia unitaria, y el coeficiente de rendimiento (COP) correspondiente de las bombas de calor es de 2 a 5. [ 7 ] La calefacción por inmersión de respaldo, tanto para agua caliente sanitaria como para calefacción urbana, ofrece una forma económica de utilizar el excedente de energía renovable y, a menudo, sustituirá a los combustibles fósiles con alto contenido de carbono para esta tarea. [ 1 ] Las bombas de calor a gran escala en sistemas de calefacción urbana con almacenamiento de energía térmica son una opción especialmente atractiva para la conversión de energía eléctrica en calor: ofrecen una eficiencia excepcionalmente alta para equilibrar el exceso de energía eólica y solar, y pueden ser inversiones rentables. [ 18 ] [ 19 ]

Sistemas de almacenamiento de calor

Otras formas de poder para X

Power-to-mobility se refiere a la carga de vehículos eléctricos de batería (VEB). Dada la adopción prevista de vehículos eléctricos, se requerirá una gestión de carga dedicada. Como los vehículos están inactivos la mayor parte del tiempo, modificar el tiempo de carga puede ofrecer una flexibilidad considerable: la ventana de carga es relativamente larga, de 8 a 12  horas, mientras que la duración de la carga es de alrededor de 90  minutos. [ 2 ] Las baterías de los vehículos eléctricos también se pueden descargar a la red para que funcionen como dispositivos de almacenamiento de electricidad, pero esto puede causar un desgaste adicional en la batería. [ 2 ] [ 20 ]

Impacto

Según el concepto de acoplamiento sectorial, la interconexión de todos los sectores que utilizan energía requerirá la digitalización y automatización de numerosos procesos para sincronizar la oferta y la demanda. [ 21 ]

Un estudio de 2023 examinó el papel que la tecnología Power - to - X podría desempeñar en un futuro sistema energético altamente renovable para Japón . Las tecnologías P2X consideradas incluyen la electrólisis del agua , la metanación , la síntesis de Fischer-Tropsch y la síntesis de Haber-Bosch . El estudio utilizó programación lineal para determinar la estructura y operación del sistema de menor costo . Los resultados indican que estas diversas tecnologías P2X pueden desplazar eficazmente las cargas eléctricas y reducir la limitación de suministro en un 80 % o más. [ 22 ]

Véase también

Referencias

  1. 1 2 3 4 acatech; Lepoldina; Akademienunion, eds. (2016). Conceptos de flexibilidad para el suministro eléctrico alemán en 2050  : garantizar la estabilidad en la era de las energías renovables (PDF) . Berlín, Alemania: acatech — Academia Nacional de Ciencias e Ingeniería. ISBN 978-3-8047-3549-1Archivado del original (PDF) el 6 de octubre de 2016. Consultado el 10 de junio de 2016 .
  2. 1 2 3 4 5 Lund, Peter D; Lindgren, Juuso; Mikkola, Jani; Salpakari, Jyri (2015). "Revisión de medidas de flexibilidad del sistema energético para permitir altos niveles de electricidad renovable variable" (PDF) . Renewable and Sustainable Energy Reviews . 45 : 785–807 . Bibcode : 2015RSERv..45..785L . doi : 10.1016/j.rser.2015.01.057 .
  3. ↑ Christian Breyer et al.: Sobre la historia y el futuro de la investigación en sistemas de energía 100% renovable . En: IEEE Access 10, 2022, doi : 10.1109/ACCESS.2022.3193402
  4. ↑ Trakimavicius, Lukas (diciembre de 2023). "Misión Cero Emisiones Netas: Trazando el Camino para los Combustibles Electrónicos en el Ámbito Militar" . Centro de Excelencia en Seguridad Energética de la OTAN.
  5. ^ Sillman, J.; Uusitalo, V.; Ruuskanen, V.; Ojalá, L.; Kahiluoto, H.; Soukka, R.; Ahola, J. (1 de noviembre de 2020). "Un análisis de la sostenibilidad ambiental del ciclo de vida de la producción de proteínas microbianas mediante enfoques de conversión de energía en alimentos" . La Revista Internacional de Evaluación del Ciclo de Vida . 25 (11): 2190– 2203. Código bibliográfico : 2020IJLCA..25.2190S . doi : 10.1007/s11367-020-01771-3 . ISSN 1614-7502 . 
  6. ↑ "Power-to-X: entrando en la transición energética con Kopernikus" (Comunicado de prensa). Aquisgrán, Alemania: RWTH Aachen. 5 de abril de 2016. Consultado el 9 de junio de 2016 .
  7. 1 2 3 4 Sternberg, André; Bardow, André (2015). "¿Energía para qué? — Evaluación ambiental de sistemas de almacenamiento de energía". Energy and Environmental Science . 8 (2): 389– 400. Bibcode : 2015EnEnS...8..389S . doi : 10.1039/c4ee03051f .
  8. ↑ Agora Energiewende (2014). Almacenamiento de electricidad en la transición energética alemana : análisis del almacenamiento requerido en el mercado eléctrico, el mercado de servicios auxiliares y la red de distribución (PDF) . Berlín, Alemania: Agora Energiewende . Consultado el 30 de diciembre de 2018 . 
  9. ^ Más fuerte, Michael; Eckert, Fabián; Tema, Martín; et al. (2014). Langzeitspeicher in der Energiewende — Präsentation [ Almacenamiento a largo plazo en Energiewende — Presentación ] . Ratisbona, Alemania: Forschungsstelle für Energienetze und Energiespeicher (FENES), OTH Regensburg . Consultado el 9 de mayo de 2016 . 
  10. ↑ Ausfelder, Florian; Beilmann, cristiano; Bräuninger, Sigmar; Elsen, Reinhold; Hauptmeier, Erik; Heinzel, Angelika; Hoer, Renate; Koch, Wolfram; Mahlendorf, Falko; Metzelthin, Anja; Reuters, Martín; Schiebahn, Sebastián; Schwab, Ekkehard; Schüth, Ferdi; Stolten, Detlef; Teßmer, Gisa; Wagemann, Kurt; Ziegahn, Karl-Friedrich (mayo de 2016). Sistemas de almacenamiento de energía: la contribución de la química - Documento de posición (PDF) . Alemania: Koordinierungskreis Chemische Energieforschung (Grupo de trabajo conjunto sobre investigación de energía química). ISBN 978-3-89746-183-3Consultado el 9 de junio de 2016 .
  11. ↑ Pagliaro, Mario; Konstandopoulos, Athanasios G (15 de junio de 2012). Hidrógeno solar: combustible del futuro . Cambridge, Reino Unido: RSC Publishing. doi : 10.1039/9781849733175 . ISBN 978-1-84973-195-9. S2CID 241910312 . 
  12. ^ Planta de metanol renovable de George Olah
  13. ↑ König, Daniel Helmut; Baucks, Nadine; Kraaij, Gerard; Wörner, Antje (18 y 19 de febrero de 2014). "Entwicklung und Bewertung von Verfahrenskonzepten zur Speicherung von fluktuierenden erneuerbaren Energien in flüssigen Kohlenwasserstoffen" [ Desarrollo y evaluación de conceptos de proceso para almacenar energía renovable fluctuante en hidrocarburos líquidos ] . Jahrestreffen der ProcessNet-Fachgruppe Energieverfahrenstechnik . Karlsruhe, Alemania . Consultado el 9 de mayo de 2016 .
  14. ↑ Foit, Severin; Eichel, Rüdiger-A; Vinke, Izaak C; de Haart, Lambertus GJ (1 de octubre de 2016). "Power-to-Syngas: ¿una tecnología facilitadora para la transición del sistema energético? Producción de combustibles sintéticos y productos químicos a medida utilizando electricidad generada de forma renovable". Angewandte Chemie International Edition . 56 (20): 5402– 5411. doi : 10.1002/anie.201607552 . ISSN 1521-3773 . PMID 27714905 .  
  15. ↑ Bloess, Andreas; Schill, Wolf-Peter; Zerrahn, Alexander (15 de febrero de 2018). "Power-to-heat for renewable energy integration: a review of technologies, modeling approaches, and flexibility potentials" . Applied Energy . 212 : 1611–1626 . Bibcode : 2018ApEn..212.1611B . doi : 10.1016/j.apenergy.2017.12.073 . hdl : 10419/200120 . ISSN 0306-2619 . Icono de acceso abierto
  16. ^ Sterner, Stadler, Michael, Ingo (2014). Energiespeicher – Bedarf, Technologien, Integración . Berlín y Heidelberg.{{cite book}}: CS1 maint: falta el editor de la ubicación ( enlace ) CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  17. ↑ Schweiger, Gerald (2017). "El potencial de la conversión de energía eléctrica en calor en los sistemas de calefacción urbana suecos". Energy . 137 : 661–669 . Bibcode : 2017Ene...137..661S . doi : 10.1016/j.energy.2017.02.075 .
  18. ↑ Zakeri, Behnam; Rinne, Samuli; Syri, Sanna (31 de marzo de 2015). "Integración de la energía eólica en sistemas energéticos con una alta proporción de energía nuclear: ¿cuáles son las concesiones?" . Energies . 8 (4): 2493– 2527. doi : 10.3390/en8042493 . ISSN 1996-1073 . 
  19. ↑ Salpakari, Jyri; Mikkola, Jani; Lund, Peter D (2016). "Mayor flexibilidad con energía renovable variable a gran escala en ciudades mediante gestión óptima de la demanda y conversión de energía eléctrica a calor" . Energy Conversion and Management . 126 : 649–661 . Bibcode : 2016ECM...126..649S . doi : 10.1016/j.enconman.2016.08.041 . ISSN 0196-8904 . 
  20. ↑ Saldaña, Gaizka; San Martín, José Ignacio; Zamora, Inmaculada; Asensio, Francisco Javier; Oñederra, Oier (25 de junio de 2019). "Vehículo eléctrico en la red: metodologías de carga orientadas a proporcionar servicios auxiliares considerando la degradación de la batería" . Energies . 12 (12): 2443. doi : 10.3390/en12122443 . hdl : 10810/41346 .
  21. ↑ "Acoplamiento sectorial: dando forma a un sistema integrado de energías renovables" . Clean Energy Wire . 18 de abril de 2018. Consultado el 6 de marzo de 2019 .
  22. ↑ Onodera, Hiroaki; Delage, Rémi; Nakata, Toshihiko (1 de octubre de 2023). "Efectos sistemáticos de la operación flexible de power-to-X en un sistema de energía renovable: un estudio de caso de Japón" . Energy Conversion and Management: X. 20 100416. Bibcode : 2023ECMX...2000416O . doi : 10.1016/j.ecmx.2023.100416 . ISSN 2590-1745 . Consultado el 1 de septiembre de 2023 .  Icono de acceso abierto