Power-to-X (también P2X y P2Y ) son vías de conversión de electricidad , almacenamiento de energía y reconversión a partir del excedente de energía renovable . [1] [2] Las tecnologías de conversión Power-to-X permiten disociar la energía del sector eléctrico para su uso en otros sectores (como el transporte o los productos químicos), posiblemente utilizando energía que ha sido proporcionada por inversiones adicionales en generación. [1] El término se usa ampliamente en Alemania y puede haberse originado allí.
La X en la terminología puede referirse a uno de los siguientes: energía a amoniaco , energía a productos químicos , energía a combustible , [3] energía a gas (energía a hidrógeno, energía a metano), energía a líquido ( combustible sintético ), energía a alimentos, [4] energía a calor . La carga de vehículos eléctricos, la calefacción y refrigeración de espacios y el calentamiento de agua se pueden cambiar en el tiempo para que coincidan con la generación, formas de respuesta a la demanda que pueden llamarse energía a movilidad y energía a calor .
En conjunto, los esquemas de conversión de energía en energía que utilizan el excedente de energía se incluyen en el rubro de medidas de flexibilidad y son particularmente útiles en sistemas energéticos con una alta proporción de generación renovable y/o con objetivos de descarbonización estrictos . [1] [2] El término abarca una gran cantidad 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 en energía. [5]
El excedente de energía eléctrica se puede convertir en energía de combustible de gas para su almacenamiento y reconversión. [6] [7] [8] [9] La electrólisis de corriente continua del agua (eficiencia del 80-85% en el mejor de los casos) se puede utilizar para producir hidrógeno que, a su vez, se puede convertir en metano (CH 4 ) a través de la metanización . [6] [10] Otra posibilidad es convertir el hidrógeno, junto con el CO 2 en metanol. [11] Ambos combustibles se pueden almacenar y utilizar para producir electricidad nuevamente, horas o meses después.
El hidrógeno y el metano se pueden utilizar como combustibles posteriores , inyectarse a la red de gas natural o usarse para fabricar combustible sintético . [12] [13] Alternativamente, se pueden utilizar como materia prima química , al igual que el amoníaco ( NH3 ).
Las tecnologías de reconversión incluyen turbinas de gas , plantas de ciclo combinado , motores alternativos y celdas de combustible . Power-to-power se refiere a la eficiencia de reconversión de ida y vuelta. [6] Para el almacenamiento de hidrógeno, la eficiencia de ida y vuelta sigue limitada al 35-50%. [2] La electrólisis es costosa y los procesos de conversión de energía a gas necesitan muchas horas de carga completa para ser económicos. [1] Sin embargo, aunque la eficiencia de conversión de ida y vuelta de energía a energía es menor que con baterías y la electrólisis puede ser costosa, el almacenamiento de los combustibles en sí es bastante económico. [ cita requerida ] Esto significa que se pueden almacenar grandes cantidades de energía durante largos períodos de tiempo con la conversión de energía a energía, lo que es ideal para el almacenamiento estacional. Esto podría ser particularmente útil para sistemas con alta penetración de energía renovable variable , ya que muchas áreas tienen una variabilidad estacional significativa de generación solar, eólica e hidroeléctrica de pasada .
A pesar de que también se basa fundamentalmente en reacciones químicas electrolíticas , el almacenamiento de baterías normalmente no se considera un concepto de conversión de energía en combustible.
El objetivo de los sistemas de conversión de energía en calor es utilizar el exceso de electricidad generada por fuentes de energía renovables que, de otro modo, se desperdiciaría. Según el contexto, la conversión de energía en calor puede almacenarse como calor o distribuirse como calor para satisfacer una necesidad. [14]
A diferencia de los sistemas de calefacción eléctricos simples, como la calefacción por acumulación nocturna, que cubre todas las necesidades de calefacción, los sistemas de energía eléctrica a calor son sistemas híbridos, que además tienen sistemas de calefacción tradicionales que utilizan combustibles químicos como la madera o el gas natural. [15] : 124 Cuando hay un exceso de energía, la producción de calor puede resultar de la energía eléctrica; de lo contrario, se utilizará el sistema de calefacción tradicional. Para aumentar la flexibilidad, los sistemas de energía eléctrica a calor a menudo se combinan con acumuladores de calor. El suministro de energía se produce en su mayor parte en las redes de calefacción locales y de distrito. Los sistemas de energía eléctrica a calor también pueden suministrar calor a edificios o sistemas industriales. [16]
La conversión de energía 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. [6] La calefacción por inmersión de respaldo, tanto de agua caliente doméstica como de calefacción urbana, ofrece una forma barata de utilizar el excedente de energía renovable y, a menudo, desplazará a los combustibles fósiles con alto contenido de carbono para la 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 en calor: ofrecen una eficiencia excepcionalmente alta para equilibrar el exceso de energía eólica y solar, y pueden ser inversiones rentables. [17] [18]
El término power-to-movility hace referencia a la carga de vehículos eléctricos de batería (VEB). Dada la adopción prevista de vehículos eléctricos, será necesario un despacho específico. Como los vehículos están inactivos la mayor parte del tiempo, cambiar 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 en la red para que funcionen como dispositivos de almacenamiento de electricidad, pero esto provoca un desgaste adicional de la batería. [2]
Según el concepto alemán 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. [19]
Un estudio de 2023 examinó el papel que podría desempeñar la tecnología P2X en un sistema energético futuro altamente renovable para Japón . Las tecnologías P2X consideradas incluyen la electrólisis del agua , la metanización , la síntesis de Fischer-Tropsch y la síntesis de Haber-Bosch , y el estudio utilizó programación lineal para determinar la estructura y el funcionamiento del sistema de menor costo. Los resultados indican que estas diversas tecnologías P2X pueden cambiar eficazmente las cargas eléctricas y reducir la restricción en un 80 % o más. [20]
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