El 23 de noviembre del año 2018, por Resolución Ministerial del MINEM, se creó una Comisión Sectorial con el objetivo de formular propuestas para garantizar el desarrollo energético integral y sostenible de la Región Loreto. Asimismo, en el Segundo Simposio de Energías Renovables, organizado por la Universidad de Piura, en diciembre del año pasado, el Presidente del COES indicó la necesidad de profundizar y analizar la información existente sobre proyectos de integración de instalaciones renovables con almacenamiento energético en el SEIN. La presente propuesta responde al desafío planteado por el Presidente del COES y proporciona información de interés para la Comisión Sectorial de Desarrollo Energético Integral y Sostenible de la Región Loreto en relación al diseño e implementación de un sistema renovable de generación eléctrica con almacenamiento energético en baterías en la ciudad de Iquitos. En un anterior artículo se describió la propuesta del diseño e implementación en Iquitos de un sistema de aprovechamiento de los residuos sólidos urbanos y de sistema de generación solar fotovoltaico con almacenamiento de energía. El sistema de aprovechamiento de residuos sólidos urbanos, con 15 MW de potencia instalada, suministraría energía en base, mientras que la central solar fotovoltaica, con una potencia instalada de 180 MW y un sistema almacenamiento de energía de 90 MW-4 horas, se encargaría del seguimiento horario de la demanda eléctrica a lo largo del día. El sistema anteriormente indicado se podría combinar con la integración masificada de pequeños sistemas fotovoltaicos en edificios públicos, residenciales, comerciales e industriales de la ciudad de Iquitos, permitiendo reducir la potencia instalada de una gran instalación fotovoltaica centralizada. Sin embargo, la mencionada propuesta de integración solar fotovoltaica distribuida será desarrollada en otro artículo.

Tecnologías de Almacenamiento Energético

Los sistemas de almacenamiento energético se clasifican en mecánicos, eléctricos, electro-químicos, térmicos y pilas de hidrógeno. Las baterías electro-químicas disponen de un rango de potencia desde 1 kW hasta 100 MW y de un tiempo de descarga de algunos segundos a varias horas, figura 1 y figura 2. En tanto que las centrales hidráulicas de bombeo y los sistemas de compresión de aire tienen un rango de potencia entre 100 MW y 1 GW y un tiempo de descarga de varias horas.

En el año 2017, la potencia instalada global de los sistemas de almacenamiento de bombeo hidráulico fue de 169 mil MW, el 97,8% del total de sistemas de almacenamiento actualmente existentes en el mundo, figura 3. Aproximadamente unos 3840 MW se distribuyen entre diferentes sistemas de almacenamiento energético como los sistemas de aire comprimido, CAES, volantes de inercia y baterías eléctricas, entre las que destacan las batería de ion-litio, plomo ácido, sulfuro de sodio y las prometedoras baterías de flujo, que exigen un análisis especial. Entre los años 2007 y 2017, la potencia instalada global de las baterías de ion-litio han experimentado un incremento del 99%, alcanzando a finales del año 2017 una valor de 2600 MW y conformando el 77% del total de la potencia instalada de los sistemas de almacenamiento electro-químicos. Es importante indicar que las baterías de sulfuro de sodio, NaS, con 530 MW ya superaron a los sistemas de almacenamiento de aire comprimido, figura 3.

Los sistemas de almacenamiento energético participan activamente en diferentes servicios auxiliares y funcionalidades del sistema eléctrico, tabla 1. Así, por ejemplo, las centrales de bombeo pueden participar en el ajuste de los precios en las horas pico y en la disposición de capacidad de reserva de potencia en periodos de tiempo de 2 a 6 horas. Los ultracondensadores y los volantes de inercia se pueden emplear para el seguimiento de las rampas de generación de los sistemas renovables y en el control de tensión y frecuencia en periodos de algunos segundos a 15 minutos.

Por otro lado, las baterías electro-químicas avanzadas pueden participar en prácticamente todas los servicios auxiliares y funcionalidades exigidas por los modernos sistemas eléctricos con alta penetración de sistemas renovables de generación eléctrica y con una elevada necesidad de flexibilizar los procedimientos de control y operación en la red de distribución eléctrica y en la gestión inteligente de la demanda, tabla 1.

De las actuales baterías electro-químicas se podría destacar a las que probablemente tienen un prometedor rango de innovación: las baterías de ion litio, de flujo redox y de plomo ácido avanzadas, figura 4. La masificación de las baterías de ion-litio se debe fundamentalmente a su acelerada reducción de precios y a sus características técnicas, especialmente a su reducido nivel de degradación con los años, la elevada profundidad de descarga y ciclos de descarga, 5% en 5 años, entre el 90% y 95%, y entre 1000 y 10000 ciclos, respectivamente, figura 5 y tabla 2. Las baterías de flujo disponen de un reducido nivel de degradación con el paso de los años, 0,7%, que implica una reducción de gastos en el reemplazo de baterías, además de un elevado número de ciclos de descarga, más de 10000, y de un elevado potencial de reducción de costes, entre 2016 y 2030 se podría reducir su precio de 500 $/kWh a 120 $/kWh, según IRENA. Entre las baterías de flujo, las más evolucionadas son las baterías de flujo redox de vanadio. Sin embargo, la eficiencia de las baterías de flujo es sustancialmente inferior a las baterías de litio, 70% frente a 95% de las baterías de ion-litio. No obstante, las baterías de flujo evolucionan rápidamente hacia el manejo de grandes volúmenes de energía y reducidos tiempos de descarga.

La evolución de los costes de los sistemas de almacenamiento energético está estrechamente relacionado con la implementación de nuevos proyectos, figura 6 y 7. En la figura 6 se observa el gran potencial de reducción de precios que existe para las baterías de ion-litio y de flujo que podrían pasar de algo más de 800 $/kWh, en el año 2014, a menos de 400 $/kWh, en el año 2024.

En la figura 7 se observa que la potencia instalada en sistemas energéticos de almacenamiento alcanzaría un valor superior a 20 GW e ingresos superiores a 25 mil millones de dólares. En el año 2025, China y Estados Unidos concentrarán más de la mitad de la potencia instalada global, algo más de 12 GW. Previsiones más actualizadas de la evolución de los precios de los sistemas de almacenamiento de ion-litio, que incluye no sólo las celdas, baterías y sistemas de control electrónico sino también la instalación, costes de ingeniería y ejecución de los proyectos, y puesta en marcha de los sistemas de almacenamiento indican que los costes de inversión de las baterías de ion-litio se podrían reducir de 818 $/kWh a 229 $/kWh entre el 2015 y 2020, figura 8.

Finalmente, en noviembre del año 2018, se presentó el estudio “Lazard’s Levelized Cost of Storage Analysis – Version 4.0”, que evalúa y presenta un análisis comparativo de los precios nivelados de los sistemas de almacenamiento energético. En la figura 9 se observa que una instalación solar fotovoltaica con un sistema de almacenamiento energético, basada en baterías de ion-litio, para su conexión al sistema eléctrico, actualmente, oscila entre 108 $/MWh y 140 $/MWh. Valores muy competitivos, incluso para el sistema eléctrico aislado de Iquitos, con costes de generación diésel superiores a 200 $/MWh, sin considerar el beneficio medioambiental y la insostenibilidad de continuar con un sistema de generación basado en un recurso fósil caro, escaso y contaminante.

La evolución de los costes de las baterías de flujo de vanadio y zinc también son muy competitivas en la actualidad, con la ventaja que en las baterías de flujo, a diferencia de las baterías de ion-litio, no existe posibilidad de sobrecalentamiento e incendio de la celda por inestabilidad térmica.

Sistemas Solares Fotovoltaicos con Almacenamiento en Baterías Electro-químicas

El 9 de enero del año 2019, en Hawaii, la empresa de distribución eléctrica Kauaʻi Island Utility Cooperative inauguró la instalación fotovoltaica Lawa’i Solar de 28 MW de potencia instalada con un sistema de almacenamiento de 20MW – 5 horas, capaz de suministrar 100 MWh en 5 horas, el sistema de almacenamiento en baterías eléctricas más grande del mundo en la actualidad. El Estado de Hawaii tiene como objetivo suministrar el 100% de la demanda eléctrica anual con energías renovables en el año 2045. La nueva instalación fotovoltaica con almacenamiento suministrará el 11% del total de la demanda eléctrica anual de la isla de Kaua’i y permitirá que el 50% del suministro eléctrico total sea de origen renovable. El coste de la energía suministrada por la instalación solar fotovoltaica con almacenamiento será de 110 $/MWh, gracias a la firma de un contrato de venta de energía, PPA, durante 25 años, que garantiza un ahorro de 3,7 millones de galones de diesel cada año, con un coste aproximado de 11 millones de dólares anuales.

Por otro lado, en enero del presente año, la mayor empresa suministradora de energía eléctrica del Estado de Hawaii, Hawaiian Electric Industries, presentó al organismo gubernamental regulador de empresas públicas de los Estados Unidos, Public Utilities Commission, para su revisión 7 propuestas de proyectos solares fotovoltaicos con almacenamiento, con una potencia a instalar de 262 MW y 262 MW/1024MWh, tabla 3. Se observa que los precios propuestos en los proyectos solares con almacenamiento oscilan entre 80 y 120 $/MWh, muy por debajo de los 330 $/MWh que cuesta generar energía eléctrico quemando derivados de petróleo. El ejemplo de Hawaii es de particular importancia para la ciudad de Iquitos, puesto que tanto las ciudades de Hawaii como Iquitos conforman islas eléctricas sin conexión a los sistemas eléctricos convencionales.

Conclusiones

La solución propuesta por el Estado peruano para garantizar el suministro eléctrico a Iquitos es la construcción de la Central Térmica de Iquitos Nueva y de la Línea de Transmisión de Moyobamba-Iquitos. El coste de inversión inicial de la línea era de 499 millones de dólares, que posteriormente se elevó a 798 millones de dólares, lo que hubiese implicado un pago anual de 112 millones de dólares durante 30 años, en total 3 mil 360 millones de dólares a pagar por los usuarios finales por la construcción, operación y mantenimiento de una línea transmisión de casi 600 kilómetros. Otra corruptela más a investigar por el Poder Judicial peruano. Aunque el proyecto se paralizó eso no exime que se realice una investigación sobre este posible pernicioso negociado. Además, el impacto medioambiental de la construcción y operación de la línea Moyobamba-Iquitos se ha calculado en base a una deforestación potencial de más de 24000 hectáreas y unas emisiones equivalentes a más de 4 millones de toneladas de CO₂, según un estudio coordinado por Alberto Chirif, denominado “Deforestación en tiempos de cambio climático”. El impacto económico de la deforestación y de las emisiones de efecto invernadero serían equivalentes a 174 millones de dólares.

En resumen, el Estado peruano estaba decidido a pagar entre 2 mil 250 y 3 mil 360 millones de dólares y trasladar un impacto de 174 millones a las comunidades amazónicas en concepto de deforestación y emisiones de gases de efecto invernadero, sin cuantificar el enorme impacto social por la llegada de colonos y traficantes de madera y recursos naturales.

Hoy, el Estado peruano con una inversión cercana a 500 millones de dólares podría garantizar el suministro de energía eléctrica a Iquitos, empleando recursos renovables y solucionar el grave problema de la contaminación medioambiental por el pésimo sistema de recogida y tratamiento de residuos sólidos urbanos en la ciudad de Iquitos. Si la línea de transmisión hubiese suministrado 900 MWh diarios durante 30 años, considerando un pago anual de 75 millones de dólares por la línea de transmisión, el coste de la energía eléctrica hubiese superado los 228 $/MWh, mientras que si se hubiese pagado 112 millones de dólares anuales por la operación y mantenimiento de la línea de transmisión, el coste de la energía eléctrica en la ciudad de Iquitos hubiese superado los 340 $/MWh.

En resumen, los miles de millones de dólares que el Estado tenía presupuestado pagar durante 30 años por una línea de transmisión con un gran impacto social y medioambiental, los puede invertir en la licitación, construcción y operación de un sistema de aprovechamiento de residuos sólidos urbanos y una o varias centrales solares fotovoltaicas con almacenamiento en baterías de ion-litio, además, de la modernización de la redes de distribución de la ciudad de Iquitos, con unas perdidas eléctricas promedio superiores al 12%.