El almacenamiento de energía magnética superconductora (SMES) podría revolucionar la forma en que almacenamos electricidad

A pesar de las nuevas eficiencias, el consumo mundial de electricidad sigue aumentando. La infraestructura de generación y almacenamiento de energía también debe crecer. Actualmente, en el nivel de red se utilizan metodologías de almacenamiento de energía como la hidroeléctrica bombeada, las baterías, los bancos de condensadores y los volantes de inercia para almacenar energía. Cada tecnología tiene beneficios y restricciones variables relacionadas con la capacidad, velocidad, eficiencia y costo.

Otra tecnología emergente, el Almacenamiento de Energía Magnética Superconductora (SMES, por sus siglas en inglés), muestra un gran potencial para avanzar en el almacenamiento de energía. SMES podría revolucionar la manera en que transferimos y almacenamos energía eléctrica. Este artículo explora la tecnología SMES para identificar qué es, cómo funciona, cómo puede ser utilizada y cómo se compara con otras tecnologías de almacenamiento de energía.

SMES es una tecnología avanzada de almacenamiento de energía que, a nivel más alto, almacena energía de manera similar a una batería. La energía externa carga el sistema SMES donde será almacenada; cuando se necesite, esa misma energía puede descargarse y utilizarse externamente. Sin embargo, los sistemas SMES almacenan energía eléctrica en forma de un campo magnético mediante el flujo de corriente continua (DC) en una bobina. Esta bobina está compuesta por un material superconductor con resistencia eléctrica cero, lo que hace que la creación del campo magnético sea perfectamente eficiente. Una vez que la bobina superconductora está cargada, la corriente continua en la bobina fluirá continuamente sin pérdida de energía, permitiendo que la energía se almacene perfectamente de forma indefinida hasta que el sistema SMES se descargue intencionalmente. Esta alta eficiencia permite que los sistemas SMES tengan eficiencias de extremo a extremo superiores al 95%.

La tecnología SMES se basa en los principios de la superconductividad y la inducción electromagnética para proporcionar una solución de almacenamiento de energía eléctrica de última generación. Para almacenar energía eléctrica de una fuente externa, un sistema SMES primero debe convertir toda la energía de corriente alterna (CA) en corriente continua (CC). Curiosamente, la conversión de energía es la única parte de un sistema SMES que no es perfectamente eficiente, representando toda la pérdida total del sistema.

La energía de corriente continua pasa a través del cable superconductor para generar un gran campo electromagnético, que finalmente se utiliza para almacenar esta energía. Los materiales superconductores tienen resistencia eléctrica cero cuando se enfrían por debajo de su temperatura crítica—por esta razón los sistemas SMES no tienen descomposición ni pérdida de almacenamiento de energía, a diferencia de otros métodos de almacenamiento.

La característica definitoria de los sistemas SMES es su eficiencia incomparable. Se desperdicia una cantidad mínima de energía en el proceso de almacenamiento de energía. Los sistemas SMES tienen una eficiencia de extremo a extremo cercana al 100%, mientras que las baterías de iones de litio varían entre el 80% y el 90%, y el almacenamiento hidroeléctrico por bombeo tiene una eficiencia del sistema que varía entre el 70% y el 85%. En aplicaciones donde la energía puede ser intermitente o escasa, como una microrred rural o un gran satélite, la conservación de energía puede ser primordial, y maximizar la eficiencia del almacenamiento puede ser necesario, incluso si tiene un costo inicial más elevado.

Además, los sistemas SMES muestran tiempos de respuesta rápidos tanto para la carga como para la descarga, lo que los convierte en candidatos ideales para aplicaciones que requieren una entrega y estabilización de energía rápida y precisa. Por ejemplo, las instalaciones de fabricación de semiconductores o médicas se benefician enormemente de los sistemas SMES, ya que su equipo puede generar grandes picos de energía que pueden ser manejados fácilmente por un sistema SMES, incluso en comparación con sistemas de batería de alto rendimiento Li-Ion.

Los sistemas SMES tienen costos iniciales muy altos en comparación con otras soluciones de almacenamiento de energía. Los materiales superconductores son costosos de fabricar y requieren un sistema de enfriamiento criogénico para lograr y mantener un estado superconductor en el material de la bobina.

Los superconductores como el óxido de cobre y bario de itrio (YBCO) y el óxido de cobre, estroncio, calcio y bismuto (BSCCO) se fabrican mediante técnicas de síntesis complejas utilizando materiales primas de alta pureza, lo que los hace mucho más costosos de producir que el cable convencional. Además, el YBCO y el BSCCO tienen puntos críticos a 93K (-292,3F) y 110K (-261F) a presión atmosférica, lo que significa que solo son superconductores cuando se mantienen a temperaturas extremadamente bajas y requieren sistemas criogénicos complejos para generar tales entornos.

Además, los sistemas SMES están limitados en su escalabilidad. Aparte de los costos iniciales no escalables, los sistemas SMES tienen altos requisitos de mantenimiento y la capacidad de almacenamiento no se puede aumentar fácilmente. En contraste, los sistemas de almacenamiento de baterías de ion de litio se pueden conectar fácilmente, mientras que combinar dispositivos SMES requiere escalar la infraestructura de enfriamiento criogénico en la misma proporción.

Si bien el SMES ofrece una ventaja increíblemente única sobre otras aplicaciones de almacenamiento de energía y es realmente una tecnología de vanguardia, es poco probable que el SMES sea ampliamente adoptado en la mayoría de las aplicaciones de almacenamiento de energía en el futuro cercano. Actualmente, los materiales superconductores están limitados en sus capacidades y disponibilidad. Las tecnologías actuales requieren temperaturas criogénicas para exhibir superconductividad y aún no se ha logrado la producción de superconductor en masa capaz de integrarse a la red.

Sin embargo, los físicos están trabajando para descubrir nuevos materiales superconductores de alta temperatura que algún día puedan permitir la superconductividad a temperatura ambiente. Si esto se logra y el material pudiera producirse en masa, la eficiencia y el rendimiento de los SMES probablemente impulsarán la adopción del mercado por delante de otras tecnologías. Los avances en materiales superconductores, tecnologías criogénicas y estrategias de reducción de costos podrían mejorar dramáticamente la competitividad de los sistemas SMES, pero hoy en día están restringidos a la investigación y a infraestructuras energéticas de nicho.