Baterías de arena y calor

En los días soleados y ventosos, muchas redes europeas tienen ahora más electricidad de la que pueden utilizar, y el precio cae cerca de cero o incluso por debajo. Unas horas más tarde, la misma red paga una prima. Una batería de calor es la forma más sencilla de capturar las horas baratas: un calentador eléctrico calienta una gran masa de arena, piedra triturada o ladrillo a cientos de grados, el aislamiento grueso mantiene el calor dentro y un ventilador o intercambiador de calor lo saca cuando se necesita, días o semanas después.

Aproximadamente la mitad del uso final de energía en el mundo es calor, no electricidad (IEA, Renovables 2019). La mayor parte de ella todavía proviene de la quema de gas, petróleo, carbón o madera. Eso hace que este sea un gran premio, y es por eso que esta página echa un vistazo a lo que las baterías de calor pueden y no pueden hacer. La versión corta: almacenado como calor y utilizado como calor, la electricidad se recupera en un 85 a 95%; convertido de nuevo en electricidad, se recupera en un 30 a 41% en el mejor de los casos. Ese solo hecho decide dónde gana la tecnología.

Qué es el ADN

Una batería de calor, también llamada batería térmica o almacenamiento de energía térmica electrificada, almacena electricidad como calor en un sólido barato. La empresa finlandesa Polar Night Energy utiliza un silo de acero lleno de arena de construcción o piedra jerez triturada y lo conecta a una red de calefacción urbana. Rondo Energy en California calienta ladrillos refractarios a más de 1.000 °C para producir vapor para las fábricas. Antora Energy calienta bloques de carbono hasta que brillan y pueden devolver calor o, a través de paneles especiales similares a células solares, electricidad. Siemens Gamesa realizó un proyecto piloto en Hamburgo que almacenaba calor en roca volcánica a 750 °C y lo convertía de nuevo en electricidad con una turbina de vapor.

Estos son todos la misma idea con diferentes temperaturas y diferentes clientes. Las únicas preguntas que importan son: ¿qué tan caliente, por cuánto tiempo, cómo barato y Para qué sirve el calor.

¿Cómo funciona?

Carga. La electricidad pasa a través de calentadores de resistencia, el mismo principio que un hervidor o una tostadora. Esta conversión es esencialmente 100% eficiente: cada kilovatio-hora de electricidad se convierte en un kilovatio-hora de calor. Los silos de Polar Night calientan el aire con resistencias y lo soplan a través de tuberías enterradas en la arena; los calentadores de Rondo irradian directamente sobre el ladrillo.

Almacenamiento. La energía almacenada en un sólido es E = m × c × ΔT: su masa, veces su calor específico, veces el cambio de temperatura. La arena seca y la mayoría de las rocas tienen un calor específico c de aproximadamente 0.8 a 1.0 kJ por kg por grado. Una tonelada de arena calentada de 150 °C a 400 °C (un giro de 250 grados) contiene por lo tanto 1,000 kg × 0.8 kJ/kg·K × 250 K = 200 MJ, o alrededor de 56 kWh. La tienda de Pornainen produce 100 MWh en 2.000 toneladas, 50 kWh por tonelada, lo que coincide. El agua caliente en un tanque de calefacción urbana, que oscila entre 90 °C y 50 °C, contiene unos 47 kWh por tonelada; la arena gana porque puede funcionar mucho más caliente sin un recipiente a presión. En comparación, las celdas de baterías de iones de litio contienen aproximadamente entre 150 y 250 kWh de electricidad por tonelada.

Mantenerlo dentro. El calor se filtra a través de la superficie, a una tasa Q = U × A × ΔT, donde U mide qué tan bueno es el aislamiento, A es el área superficial y ΔT la diferencia de temperatura con el exterior. La energía almacenada crece con el volumen (el cubo del tamaño) y las pérdidas con la superficie (el cuadrado), por lo que las tiendas más grandes pierden una fracción menor. Nuestra estimación aproximada para un silo del tamaño de Pornainen (15 m de ancho y 13 m de alto, unos 970 m² de superficie) con aislamiento que deja pasar 0,1 W por m² por grado y una diferencia de 300 grados: alrededor de 29 kW, o el 0,7% de una tienda llena por día. Una pequeña tienda del tamaño de un cobertizo de jardín perdería varias veces esa fracción, por lo que las baterías de arena se construyen para ciudades y fábricas, no para casas individuales.

Descargando. Para el calor, un ventilador sopla aire a través de la arena caliente y un intercambiador de calor pasa el calor al agua para la red. Nada de esto es exótico. Para la electricidad, el calor tiene que impulsar un motor, y aquí la física establece un límite duro. La eficiencia de Carnot, la mejor que cualquier motor térmico puede hacer, es η = 1 − T_cold / T_hot, con temperaturas en kelvin. Calor a 400 °C (673 K) rechazado a 30 °C (303 K) da 1 − 303/673 = 55%. A 750 °C el techo es del 70%. Las turbinas de vapor, bombas e intercambiadores de calor reales alcanzan aproximadamente la mitad de la cifra de Carnot, por lo que una tienda devuelve algo como 25 a 40% de la electricidad que compró. Un diseño publicado para una tienda de piedra en Sorø, Dinamarca, esperaba un 30 a 41% de retorno como electricidad o del 41 al 58% como calor (Wikipedia, Almacenamiento de energía térmica).

La conclusión práctica: una batería de calor es una excelente manera de comprar calor de la red eléctrica en las horas más baratas, y una mala manera de almacenar electricidad para más tarde, a menos que el motor de calor mejore mucho o la energía de carga sea casi gratuita.

Los límites

• Teórico. El calor específico y el cambio de temperatura fijan la energía por tonelada; la ecuación de Carnot fija cuánto puede convertirse en electricidad otra vez. Ningún diseño inteligente escapa tampoco.
• La temperatura coincide con el uso. La calefacción urbana necesita entre 60 y 120 °C, las fábricas de alimentos y papel necesitan vapor a 150 a 250 °C, los productos químicos y el cemento necesitan entre 400 y 1.500 °C. Las temperaturas más altas almacenan más por tonelada, pero necesitan acero, ladrillo refractario y aislamiento que cuestan más y se desgastan más.
• Potencia versus energía. Los calentadores e intercambiadores de calor (el lado de la potencia) son generalmente más caros que la arena (el lado de la energía). Una tienda cargada solo en unas pocas horas baratas necesita calentadores grandes que se quedan inactivos la mayor parte del tiempo.
• Ciclos por año. Cada euro de equipo tiene que ser pagado por el calor que cambia. Una tienda que realiza 200 ciclos al año distribuye su costo mucho más despacio que una que lo hace 20 veces. Polar Night dice que sus almacenes funcionan mejor entre 20 y 200 ciclos al año (Solarthermalworld, 2024).
• La electricidad barata tiene que existir. El caso de negocio se basa en muchas horas de precios bajos. Las redes con mucha energía eólica y solar, como las de Finlandia, Dinamarca y California, los tienen; las redes con poca potencia variable no.

Proyectos reales, medidos

Proyecto	Dónde, cuándo y cómo	Medio de almacenamiento y temperatura	Tamaño	Lo que se informa
Piloto de Polar Night Energy	Tampere, Finlandia, desde 2020	Arena	3 MWh	Primer piloto, dirigido por la empresa
Energía de la Noche Polar para Vatajankoski	Kankaanpää, Finlandia, julio 2022	100 t de arena de construcción en un silo de acero de 4 × 7 m; calentado hasta unos 500 °C, operado entre 150 y 400 °C	8 MWh	85% de eficiencia anual en ciclos de tres días; 95% para almacenes superiores a 100 MWh (Solarthermalworld)
Energía de la noche polar para Loviisan Lämpö	Pornainen, Finlandia, 2025	2.000 t de piedra sedosa triturada, un subproducto de la fabricación de chimeneas; hasta 400 °C	100 MWh, 1 MW	70% menos emisiones para la red, alrededor de 160 t de CO2 al año, quema de virutas de madera en un 60%, final del uso de petróleo (ESS News, 2025; Polar Night Energy)
Piloto de Siemens Gamesa ETES	Hamburgo-Altenwerder, Alemania, 2019	Unas 1.000 t de roca volcánica a 750 °C, turbina de vapor para devolver electricidad	130 MWh de calor	Almacenamiento de calor hasta por una semana; dirigido a almacenamientos de gigavatios-hora (GWh)Siemens Gamesa, 2019)
Batería de calor Rondo	Varios emplazamientos industriales; inauguración de Covestro, Brunsbüttel, Alemania	Ladrillo refractario a 1.100 a 1.500 °C	De 2 a más de 100 MW de calor por unidad	La compañía afirma más del 98% de eficiencia electricidad-calor y más de 400 MWh de proyectos anunciados (Ronda); no publicados de forma independiente
Antora Energy	California, EE.UU	Bloques de carbono sólidos, calientes	A escala industrial	Calor o electricidad a través de células termofotovoltaicas (Antora).La mejor célula termofotovoltaica de laboratorio ha alcanzado una eficiencia del 40% (LaPotin et al., 2022)

Dos advertencias sobre esta tabla. En primer lugar, la mayoría de las cifras provienen de las empresas o sus clientes, no de mediciones independientes. En segundo lugar, el 85% de Kankaanpää es calor por unidad de electricidad en; nadie en la tabla ha publicado un año de viajes de ida y vuelta medidos de electricidad a electricidad a escala comercial.

Los laboratorios de investigación están aumentando la temperatura. El Laboratorio Nacional de Energía Renovable de EE.UU. ha diseñado un almacén que calienta partículas de arena de sílice por encima de 1,000 °C y las deja caer a través de un intercambiador de calor para impulsar un ciclo de energía (Ma, Davenport y Zhang, 2020). Malta, que surgió de la X de Alphabet en 2018, busca una “batería Carnot” que almacena calor en sal fundida y frío en un líquido refrigerado para levantar el viaje de ida y vuelta. Estos son plausibles, no probados a escala.

Lo que cuesta

Las baterías de calor no producen electricidad, por lo que su punto de referencia honesto no es un panel solar sino El calor que reemplazan. Nuestro punto de referencia para la nueva electricidad en un edificio sigue siendo el solar en el techo a aproximadamente $0.19 por kWh En nuestro abierto Modelo de pared del ventilador, dentro de la gama de Lazard para junio de 2026 para paneles solares comerciales en techos $0.09 to $0,20 por kWh (Lazard LCOE+ 2026). Para el calor, el competidor es una caldera de gas.

Qué cuesta el calor de gas. Utilizando cifras redondeadas cercanas a los niveles europeos en 2025 y 2026 (gas al por mayor a 35 € por MWh, un precio del carbono de 70 € por tonelada, una caldera con un 90% de eficiencia), el calor procedente del gas cuesta alrededor de 5 a 6 céntimos de euro por kWh antes del costo de capital propio de la caldera. Un hogar con el límite de precios del Reino Unido paga 7,97 peniques por kWh de gas a partir de octubre de 2026 (Ofgem), alrededor de 8,9 peniques por kWh de calor.

Cuánto cuesta el calor almacenado. Dos partes: la electricidad, dividida por la eficiencia, y el equipo, dividido por cuánto calor entrega durante su vida útil. La electricidad a 20 € por MWh (común en las horas de viento nórdicas) con una eficiencia del 85% cuesta alrededor de 2,4 céntimos por kWh de calor. La parte de equipamiento depende del coste instalado por kWh de capacidad de almacenamiento y el número de ciclos completos al año. Ni Polar Night ni sus clientes han publicado el precio de Pornainen, así que mostramos el rango en lugar de inventar un número (20 años, tasa de descuento real del 7%, 90% de la capacidad utilizada por ciclo):

Coste instalado por kWh de capacidad	20 ciclos al año	50 ciclos al año	100 ciclos al año	200 ciclos al año
$10	$0.052	$0.021	$0.010	$0.005
$25	$0.13	$0.052	$0.026	$0.013
$50	$0.26	$0.10	$0.052	$0.026

Coste del equipo por kWh de calor entregado, antes de electricidad. Nuestro cálculo.

Contra el ion de litio. Paquetes de baterías promedio $115 por kWh en 2024, una caída del 20% en un año (BloombergNEF, 2024), y una batería de red completa cuesta más que su paquete. Una batería de iones de litio devuelve alrededor del 85 al 90% de su electricidad como electricidad. La arena en sí no cuesta casi nada: a decenas de dólares por tonelada y 50 kWh por tonelada, el medio está muy por debajo de un dólar por kWh. El silo, el aislamiento, los calentadores y los intercambiadores de calor son el costo real. Una batería de calor solo tiene sentido si su costo total instalado por kWh es varias veces menor que el de una batería de litio, porque lo que devuelve es calor, no electricidad.

Donde puede ganar, y donde no puede

Puede ganar:

• Calefacción urbana en redes ventosas o soleadas. Ciudades nórdicas y bálticas con redes de calefacción, muchas horas baratas y calderas de leña o gas para reemplazar. Aquí es donde cada batería de arena comercial hasta ahora ha ido.
• Vapor industrial y calor de proceso hasta aproximadamente 500 °C En la industria alimentaria, bebidas, papel y productos químicos, donde las fábricas actualmente queman gas durante todo el día.
• Sustitución de aceite y madera En las pequeñas redes, como en Pornainen, donde la tienda también ahorra entregas de combustible y contaminación del aire local.
• Absorber la energía eólica y solar reducida que de otra manera se apagaría, convirtiendo un problema de red en un producto de calor.
• Emparejamiento con bombas de calor grandes: la bomba de calor cubre la mayoría de las horas eficientemente, la tienda cubre los picos de precio.

No puede ganar:

• Como una tienda de electricidad general. Con un 25 a 40% de reserva, pierde mucho frente al litio-ion para ciclos diarios y frente a la energía hidroeléctrica bombeada donde la geología lo permite.
• En viviendas individuales, donde las pérdidas superficiales, la seguridad a cientos de grados y el costo de los pequeños calentadores trabajan en contra. Un depósito de agua caliente o una bomba de calor con un tanque de almacenamiento hacen mejor el trabajo.
• Donde la electricidad rara vez es barata. Sin muchas horas de bajo precio, la tienda no tiene nada que comprar.
• Temperaturas muy altas a pequeña escala. Por encima de 1.000 °C, los materiales, el aislamiento y la seguridad se convierten en un programa serio de ingeniería, no en un silo.

Lo que está probado, plausible y especulativo

Probado: la calefacción por resistencia convierte la electricidad en calor casi perfectamente; E = m × c × ΔT y el límite de Carnot; los almacenes comerciales de arena suministran calefacción urbana en Finlandia, con un 85% de eficiencia anual reportada a 8 MWh; las pérdidas disminuyen a medida que los almacenes se hacen más grandes.

Plausible: 95% de eficiencia anual a 100 MWh y más; almacenes industriales de ladrillo que suministran vapor competitivamente donde el gas es caro y la energía barata es frecuente; costos instalados de unas pocas decenas de dólares por kWh de capacidad.

Especulativo: Eléctrica-a-electricidad viajes de ida y vuelta por encima del 50% a escala comercial (por termofotovoltaica o ciclos de potencia avanzados); décadas de ciclos a más de 1.000 ° C sin reparaciones costosas; baterías de calor como una alternativa más barata a los iones de litio para la red eléctrica.

Preguntas de investigación abiertas

• Datos de rendimiento publicados e independientes. Un año de calor medido por entrada y salida, con pérdidas, para cada diseño comercial.
• El coste real instalado por kWh de capacidad y por kW de potencia, a partir de las licitaciones en lugar de comunicados de prensa.
• Intercambiadores de calor que mueven el calor rápidamente fuera de un sólido conductor lento sin grandes caídas de temperatura.
• Envejecimiento de materiales: sinterización de arena, agrietamiento del ladrillo, arrastre del acero y aislamiento que se asienta después de miles de ciclos.
• Mejor calor-a-energía: células termofotovoltaicas, turbinas supercríticas de CO2 y ciclo Brayton “baterías Carnot” que podrían elevar el viaje de ida y vuelta de la electricidad.
• Control y mercados: cómo una tienda debe licitar por electricidad, y cómo las tarifas y los cargos de la red pueden recompensarla por absorber el excedente de energía.

Lo que necesitaría un prototipo de trabajo

Cualquiera que quiera probar una nueva idea de batería de calor debe comenzar pequeño y medir todo. Un primer modelo útil proporciona calor medido, no una afirmación.

Fase	Trabajo	Decisión que permite	Costo aproximado	Tiempo
1. Prueba de banco	50 a 200 kg de material almacenado en un tambor de acero aislado, un calentador de 2 a 5 kW, termopares a varias profundidades, un intercambiador de calor de aire o agua, un contador de electricidad y un contador de calor	Energía por kg, tasas de carga y descarga, pérdida de calor por día, calor medido por kWh en	$5k to $20k	2 a 4 meses
2. Ciclismo	100 o más ciclos de carga y descarga, materiales inspeccionados antes y después	Desviación de durabilidad y eficiencia	$10k to $30k	6 meses
3. Pilot	Unidad de 0,5 a 2 MWh en un usuario real de calor (un invernadero, una escuela, una pequeña red), con un año de datos	Coste por kWh de calor en funcionamiento real	$150k to $500k	12 a 18 meses

A quién necesitamos

• Ingenieros Térmicos En transferencia de calor, aislamiento y diseño del intercambiador de calor.
• Científicos de materiales Para arenas, piedras, ladrillos y cerámicas a altas temperaturas durante miles de ciclos.
• Operadores de calefacción urbana dispuestos a compartir datos de carga o acoger un piloto.
• Analistas del mercado de energía para modelar estrategias de carga e ingresos.
• Gestores de energía industrial que saben dónde se utiliza el vapor de proceso y cuánto cuesta.
• Especialistas en seguridad y certificación Para equipos a presión, superficies de fuego y alta temperatura.

¿Tiene una mejor idea?

Algunos miembros de la Fundación pueden tener contactos que podrían escuchar un pitch para una idea de energía fuerte. Para ser lanzada, una idea necesita un Un modelo de trabajo, real que realmente produce energía; para una idea de almacenamiento como esta, eso significa un modelo que devuelve la energía almacenada, con su calor o electricidad medidos en un instrumento, no reclamados. Las ideas en papel también son bienvenidas: si la física y los números son sólidos, podemos publicarlas aquí en el sitio web. Pero recaudar capital sin un modelo de trabajo es muy difícil, y nada aquí es una promesa de financiamiento, retornos o introducciones.

Si tienes una idea, envíala a través del formulario de contacto. Formulario de contribución con el problema que resuelve, la comprobación física, un costo aproximado por kWh y la prueba más barata que podría probarlo. Si tienes un modelo de trabajo, incluye su salida medida y cómo la mediste. The Fuentes de energía Compara esta y las otras alternativas en el radar de ideas.

Fuentes

1. IEA (2019). Energías renovables 2019: el calor representa alrededor de la mitad del consumo final de energía.
2. Energía de la Noche Polar (2025). Referencia de la batería de arena de Pornainen y Referencia de Kankaanpää.
3. Solarthermalworld (2024). Las baterías de arena proporcionan calor a las redes de calefacción urbana en Finlandia.
4. Hall, M. (2025). La batería de arena finlandesa de 100 MWh está operativa. ESS News (en inglés).
5. Siemens Gamesa (2019). Primera mundial: Siemens Gamesa inicia la operación de su innovador sistema de almacenamiento de energía electrotérmica (archivado).
6. Wikipedia. Almacenamiento de energía térmica, incluyendo las figuras de diseño Sorø.
7. Rondo Energy. Batería de calor Rondo (declaraciones de la compañía).
8. Antora Energy. Baterías térmicas (información de la empresa).
9. LaPotin, A. et al. (2022). Eficiencia termofotovoltaica del 40%. Nature 604, 287-291.
10. Ma, Z., Davenport, P. y Zhang, R. (2020). Análisis de diseño de un sistema de almacenamiento de energía térmica basado en partículas para concentrar la energía solar o el almacenamiento de energía de red. Journal of Energy Storage 29, 101382.
11. BloombergNEF (2024). Los precios de las baterías de iones de litio experimentan su mayor caída desde 2017, cayendo a $115 por kilovatio-hora.
12. Lazard (junio de 2026). Coste de Energía+, versión 19.
13. Ofgem (2026). Tasas unitarias de tope de precios de la energía, 1 de octubre a 31 de diciembre de 2026.
14. Local Solar System Fundación. El modelo abierto de Fan Wall: el punto de referencia solar en la azotea de $ 0.19 por kWh.