30.3 Energías renovables y almacenamiento

Desde los albores de la civilización, el ser humano ha buscado fuentes de energía más limpias, eficientes y accesibles. El uso del viento y del agua como propulsores mecánicos data de hace más de dos mil años, cuando las culturas mesopotámicas y griegas empleaban norias y ruedas hidráulicas para elevar agua o moler cereales. A lo largo del tiempo, la evolución de la ciencia y la tecnología ha permitido no solo capturar energías renovables –hidráulica, eólica, solar, geotérmica y biomasa– sino también desarrollar sistemas de almacenamiento capaces de compensar su intermitencia. A continuación, se recorre la historia universal de estas energías y sus soluciones de reserva desde la Antigüedad hasta la actualidad, subrayando hitos, datos y fechas clave.

Contexto histórico y primeros desarrollos

Energía hidráulica en la Antigüedad

La primera evidencia del aprovechamiento hidráulico se remonta al siglo III a.C., con la invención de los tornillos de Arquímedes para elevar agua en Egipto y Siracusa. Durante el Imperio Romano (27 a.C.–476 d.C.), se generalizó el uso de ruedas hidráulicas para moler grano y aserrar madera. En la Edad Media, el Califato de Córdoba (siglos VIII–X) intensificó el desarrollo de norias y molinos de agua. En el año 735 d.C., el geógrafo árabe Al-Yaʿqūbī describe más de veinte instalaciones hidráulicas en al-Ándalus. Hacia el siglo XI, en Normandía y en el Rin, los molinos fluviales se convirtieron en motores esenciales de la economía feudal, elevando la productividad agrícola.

Molinos eólicos medievales

La energía eólica también tiene raíces remotas. Hacia el año 500 d.C., en Persia se construyeron los primeros “molinos de pan” de eje vertical. En el siglo XII, el norte de Europa adoptó molinos de eje horizontal para moler cereales y bombear agua. Holanda, a partir del siglo XIII, levantó más de 1.000 molinos eólicos destinados a drenar terrenos pantanosos. En 1277, Guillermo de Rubrouck, explorador francés, describió en sus escritos los grandes molinos holandeses como «gigantes de madera que giran sin cesar, domando el agua».

Revolución Industrial y primeros avances tecnológicos

Dinamos y generadores eólicos modernos

El nacimiento de la Revolución Industrial en el siglo XVIII puso en evidencia la necesidad de fuentes de energía inagotables. En 1831, Michael Faraday demostró la inducción electromagnética, base de los generadores modernos. En 1887, Charles F. Brush instaló en Cleveland (Estados Unidos) un aerogenerador de 12 kW, pionero de la electricidad eólica. A comienzos del siglo XX, en 1908, Poul la Cour en Dinamarca perfeccionó palas de aerogenerador de madera en 1950 surgieron los primeros modelos con palas de fibra de vidrio, marcando el tránsito hacia aerogeneradores de gran escala. La construcción de parques eólicos en Dinamarca (1965–1970) sentó las bases de la industria eólica contemporánea.

Celdas solares y energía fotovoltaica

La fotovoltaica comenzó en 1839 con el físico francés Edmond Becquerel, quien observó el efecto fotoeléctrico en células de plata. Sin embargo, fue en 1954 cuando los Laboratorios Bell (Estados Unidos) fabricaron la primera célula de silicio con 6 % de eficiencia, capaz de alimentar pequeños dispositivos. En 1973, tras la crisis del petróleo, varios gobiernos occidentales impulsarona la investigación en paneles solares. A lo largo de las décadas de 1980 y 1990, el costo por vatio solar cayó de unos 100 dólares a alrededor de 5 dólares. A inicios del siglo XXI, la eficiencia comercial rondaba el 15 %–20 % y los módulos se instalaban masivamente en Europa, Estados Unidos y Japón.

Almacenamiento de energía: evolución y técnicas

La naturaleza intermitente de la luz solar y el viento generó la necesidad de sistemas que almacenaran energía para su uso continuo. Desde soluciones hidráulicas hasta baterías avanzadas, el almacenamiento ha sido clave para integrar renovables en la red eléctrica global.

Bombeo hidráulico reversible

El almacenamiento hidroeléctrico por bombeo surgió en la década de 1890, con proyectos rudimentarios en Suiza y Estados Unidos. Sin embargo, su despegue se produjo en la década de 1930, al construirse la central de Ludington (Michigan, 1.872 MW en 1973) y, más tarde, la represa de Bath County (Virginia, 3.003 MW en 1985), aún la mayor del mundo en su tipo. Estos sistemas bombean agua a un embalse alto cuando hay excedentes y la liberan para generar electricidad en horas pico. La eficiencia energética de bombeo ronda el 70 %–80 %, siendo la tecnología de almacenamiento a gran escala más madura y con más de 160 GW instalados en 2020 según la Agencia Internacional de la Energía (AIE).

Compresión de aire y almacenamiento térmico

El almacenamiento de aire comprimido (CAES) comenzó en los años 70 con las plantas de Huntorf (Alemania, 290 MW en 1978) y McIntosh (Alabama, 110 MW en 1991). El aire se comprime con excedentes y se almacena en cavernas salinas al expandirse, acciona turbinas. La eficiencia llega al 50 %–70 % y requiere cavidades geológicas adecuadas. Por otro lado, el almacenamiento térmico de energía solar termoeléctrica (CSP) emplea sales fundidas para retener calor, como en la planta de Andasol (España, 150 MW en 2008), capaz de generar electricidad hasta cinco horas después del atardecer.

Baterías químicas y de flujo

La batería de plomo-ácido, inventada por Gaston Planté en 1859, fue la primera recargable. En 1899, Camille Alphonse Faure mejoró su capacidad. Durante el siglo XX surgieron baterías NiCd (1946) y NiMH (1967), pero su densidad energética era limitada. En 1977, M. Stanley Whittingham demostró el funcionamiento de una batería de litio con sulfuro de titanio en 1980 John B. Goodenough mejoró el electrodo, y en 1991 Sony comercializó la primera batería de ion-litio. Desde entonces, el coste por kWh ha caído un 97 % entre 1991 y 2020 (de 5.000 USD/kWh a 137 USD/kWh según BloombergNEF), impulsando el almacenamiento estacionario y la electromovilidad.

Innovaciones contemporáneas y perspectivas

En las últimas dos décadas, la combinación de energías renovables y almacenamiento ha experimentado un crecimiento exponencial. En 2020, las renovables aportaron el 29 % de la electricidad mundial y se proyecta que alcancen el 50 % en 2035 gracias a los avances en baterías y redes inteligentes. A continuación, se destacan algunas tecnologías emergentes y casos de éxito.

Energía solar termoeléctrica de concentración

Las plantas CSP con almacenamiento térmico en sales fundidas mejoran la continuidad de suministro. El proyecto Mojave Solar (California, 250 MW en 2014) demostró estabilidad nocturna Gemasolar (España, 2011) fue pionera con receptor central y torre de 15 horas de almacenamiento. Estas instalaciones alcanzan eficiencias del 18 %–22 % y pueden operar las 24 horas con costes competitivos en zonas desérticas.

Redes inteligentes y microrredes

La digitalización ha permitido optimizar la gestión de flujos y reservas. Microrredes locales, integradas por paneles, aerogeneradores y baterías, han proliferado desde 2010 en islas (Hawai, Tonga) y comunidades remotas. El controlador inteligente ajusta la generación y el almacenamiento en tiempo real, reduciendo cortes y pérdidas. A nivel urbano, proyectos piloto en Copenhague y Singapur demuestran que la demanda puede ajustarse dinámicamente al precio y la disponibilidad de energía renovable.

Hidrógeno verde y almacenamiento de largo plazo

El hidrógeno verde, producido por electrólisis con electricidad renovable, surge como solución para almacenar energía a gran escala y largo plazo. En 2021, Alemania inauguró el proyecto “H2Giga”, con una planta de 100 MW de electrolizadores en 2022, Australia y Japón firmaron acuerdos para exportar hidrógeno líquido desde el Parque Austral de Nueva Gales del Sur (2 GW proyectados para 2030). El hidrógeno puede reconvertirse en electricidad con pilas de combustible (eficiencia 50 %–60 %) o emplearse en industria y transporte pesado.

Tabla comparativa de tecnologías de almacenamiento

Conclusión

El recorrido histórico de las energías renovables y su almacenamiento refleja la capacidad de la ciencia y la ingeniería para dar respuesta a los retos energéticos de cada era. Desde las ruedas hidráulicas y los molinos eólicos medievales hasta las baterías de ion-litio y el hidrógeno verde, cada avance ha sido impulsado por la búsqueda de sostenibilidad y seguridad en el suministro. En el siglo XXI, la combinación de costes decrecientes, digitalización y políticas climáticas ambiciosas augura un futuro donde las energías limpias y sus sistemas de reserva serán la base de una economía descarbonizada. El capítulo 30.3 de esta historia universal de la ciencia demuestra que innovar en renovables y almacenamiento no es solo cuestión de tecnología, sino de visión compartida para afrontar el cambio climático y garantizar el bienestar de las generaciones venideras.

Libros recomendados sobre 30.3 Energías renovables y almacenamiento

Selección de obras fundamentales para entender la evolución de las energías renovables y las tecnologías de almacenamiento en el marco de la historia universal de la ciencia.

• Energía y civilización: una historia técnica de la humanidad

  Vaclav Smil. Siglo XXI Editores, 2018.

  Recorrido histórico desde el uso de la leña hasta las fuentes modernas de energía, con especial énfasis en la transición hacia sistemas sostenibles.

  Más información: https://www.siglosediciones.com/39864/energia-y-civilizacion

• Historia de las energías renovables: de la antigüedad al futuro sostenible

  José María Domínguez. Ediciones Cátedra, 2020.

  Análisis de los primeros sistemas de aprovechamiento (molinos de viento, ruedas hidráulicas) hasta las tecnologías actuales, incluyendo políticas y desafíos medioambientales.

  Más información: https://www.catedraediciones.com/libro/historia-energias-renovables

• Almacenamiento de energía: fundamentos y tecnologías emergentes

  Manuel Abad y Elena Pérez. Marcombo, 2019.

  Explora las bases científicas y las innovaciones en baterías, supercondensadores e hidrógeno, con aplicaciones en redes inteligentes.

  Más información: https://www.marcombo.com/almacenamiento-energia

• Historia de la ciencia: desde las civilizaciones antiguas hasta el siglo XXI

  Salvador Velayos. Alianza Editorial, 2017.

  Visión global de los hitos científicos, con un capítulo dedicado a la emergencia de las energías renovables y su papel en la sociedad moderna.

  Más información: https://www.alianzaeditorial.es/libro/historia-ciencia

• Renewable Energy Systems: a Smart Energy Systems Approach

  Henrik Lund. Academic Press, 2021.

  Diseño de sistemas energéticos 100% renovables, integrando almacenamiento y optimización de recursos para un futuro sostenible.

  Más información: https://www.elsevier.com/books/renewable-energy-systems/lund/978-0-12-820139-0