Los nuevos sistemas de energía híbrida del futuro podrían conducir a cambios de paradigma en la producción de energía limpia, según un artículo publicado la semana pasada en Joule, realizado por investigadores de los tres laboratorios de energía aplicada del Departamento de Energía de EEUU (DOE): el Laboratorio Nacional de Idaho (INL), el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) y el Laboratorio Nacional de Tecnología Energética (NETL).
Su esfuerzo describe conceptos novedosos para aprovechar simultáneamente diversos generadores de energía, incluidos los renovables, nucleares y fósiles con captura de carbono, para proporcionar energía, calor, movilidad y otros servicios energéticos. La histórica colaboración entre los laboratorios de energía nuclear, energía renovable y energía fósil de la nación tiene como objetivo abordar un gran desafío nacional desde una perspectiva objetiva y holística.
“Trabajando juntos, los investigadores de los laboratorios de energía aplicada de la nación han identificado sinergias críticas entre diferentes fuentes de generación de energía, que serán vitales para transformar nuestra economía energética”, dijo Martin Keller, director de NREL. “Esperamos avanzar en estas soluciones creativas de forma colaborativa”.
El nuevo artículo presenta un nuevo marco objetivo para el modelado y análisis basados en ingeniería para respaldar la optimización compleja de la generación, transmisión, servicios, procesos y productos de energía, e interacciones de mercado.
En resumen, describe un camino viable para los sistemas de energía híbridos. Estos sistemas son capaces de aprovechar múltiples fuentes de energía para maximizar el valor de cada una. Lo hacen creando productos de mayor valor, entregando energía con menores emisiones a la industria y coordinando mejor la demanda con la producción de energía.
“El diseño de sistemas de energía integrados es un desafío importante y una oportunidad”, dijo el director de INL, Mark Peters. “La colaboración de los tres laboratorios nacionales aplicados, y la configuración y operación de experimentos del mundo real en sus instalaciones de prueba, representa un esfuerzo integral y enfocado que es transparente y objetivo. Este trabajo ayudará a realizar futuros sistemas de energía avanzados que deberían ayudar a nuestra nación a expandir las opciones de energía asequibles y contribuir significativamente a los esfuerzos de descarbonización a gran escala”.
El documento describe un ejemplo de la naturaleza de múltiples entradas y múltiples salidas de estos sistemas: un hipotético parque energético industrial estrechamente acoplado que utiliza calor y electricidad de reactores nucleares avanzados altamente flexibles, generadores fósiles a pequeña escala y tecnologías de energía renovable que producen electricidad e hidrógeno a partir de la electrólisis.
“En este escenario, dependiendo de los precios del mercado, la electricidad o el calor podrían venderse a la red, usarse en el sitio o almacenarse para su posterior distribución y uso”, dijo David C. Miller, miembro senior de NETL para Análisis e Ingeniería de Sistemas Estratégicos y coautor del artículo. “Además, las corrientes de salida también podrían utilizarse para producir hidrógeno u otros productos químicos y productos valiosos”.
Esta flexibilidad podría proporcionar un suministro abundante de energía limpia para un sistema energético de emisión neta cero más grande. Estos sistemas podrían apoyar a sectores de la economía que son más difíciles de descarbonizar, como la industria y el transporte.
“La consideración de atributos complementarios entre varias tecnologías energéticas abre nuevas oportunidades para la optimización del uso de activos que cumplen con múltiples servicios energéticos y maximizan el valor económico”, dijo Douglas Arent, director ejecutivo de NREL para Asociaciones Público-Privadas Estratégicas y autor principal del estudio.
“El Laboratorio Nacional de Tecnología de Energía se enorgullece de asociarse con INL y NREL en este trabajo fundamental”, dijo el director de NETL, Brian J. Anderson. “La experiencia complementaria de los tres laboratorios está aportando ideas revolucionarias sobre cómo diseñar y optimizar los sistemas de energía integrados del futuro”.
Como ilustra la investigación NETL-NREL-INL hasta la fecha, el diseño de sistemas de energía híbrida requerirá la participación de expertos en todo el espectro de la investigación energética. Con ese fin, el cuerpo de trabajo de los tres laboratorios nacionales aplicados, incluidos los talleres de tres laboratorios y el reciente artículo de Joule, representan un paso significativo hacia la realización de los sistemas de energía avanzados del futuro.
“Los laboratorios nacionales ofrecen una diversidad de experiencia que nos permitirá lograr una colaboración intersectorial eficaz que es necesaria para resolver los verdaderos grandes desafíos energéticos y ambientales de nuestro tiempo”, dijo Shannon Bragg-Sitton, líder de INL para Sistemas Integrados de Energía y coautor del artículo.