Alternativas para mejorar la eficiencia energética y cuidar el planeta. Primera Parte
Uno de los grandes objetivos de los investigadores en la actualidad es buscar nuevas formas de almacenar energía para hacerla más eficiente, barata y sostenible, para ofrecerla con máxima eficiencia a las redes eléctricas, liberándonos de la cotidianeidad contaminante de los combustibles fósiles.
La transición energética justa impone importantes retos a la industria, pero también ofrece grandes oportunidades a quienes reconocen la riqueza de posibilidades que surgen de esta transformación. Comprender el reto y familiarizarse con las soluciones preparadas para el futuro, que ya están aquí, marcará sin duda ventajas competitivas en todo orden, pero sobre todo el cuidado del planeta y de la vida que alberga.
Uno de los principales escollos para la descarbonización es cómo almacenar la energía que producen las limpias renovables. En el autoconsumo fotovoltaico, las baterías de litio son las que se han hecho con el mercado. Pero con el paso a la movilidad eléctrica y la expansión de la energía fotovoltaica, muchos se preguntan si habrá litio suficiente para abastecer toda la demanda que se espera y cuál sería el impacto ambiental que representaría semejante explotación.
El almacenamiento de energía impulsa las limpias renovables, ya que esta tecnología es la llave para eliminar su dependencia meteorológica, como ser la ocurrencia de vientos o los periodos de luz solar. Y almacenar además los excesos de energía generados en momentos de baja demanda. Todo con el objetivo de atender los picos de necesidad energética por parte de los consumidores y controlar su generación durante los valles de demanda.
La evolución tecnológica y los grandes avances en energías limpias renovables, nos demuestran que las baterías de gravedad (o sistema de almacenamiento gravitacional) pueden ser el futuro del almacenamiento de energía a gran escala. Almacenar energías limpias renovables gracias a la fuerza de la gravedad es el salto para superar el uso de combustibles fósiles y los desafíos de la intermitencia de fuentes como la solar o la eólica, así como para avanzar hacia el cumplimiento de los Acuerdos de París.
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Las baterías de gravedad pueden tener diferentes diseños y estructuras, pero todas utilizan las mismas propiedades físicas para generar energía: un dispositivo que acumula energía gravitacional almacenando energía en un objeto o masa (sea sólida o líquida) como resultado de un cambio de altura debido a la gravedad. Esta energía también se conoce como energía potencial gravitacional y es el trabajo requerido para mover un objeto en la dirección opuesta a la gravedad de la Tierra, se desplaza o levanta una masa gracias a la ayuda de una bomba, grúa o motor. La masa se baja para volver a caer a su altura original, lo que hace que un generador gire y genere electricidad.
Para ello se utiliza una estructura muy alta con una masa pesada, construida sobre el suelo, como un edificio alto o una torre, o se puede perforar un agujero en la superficie de la tierra hasta una cierta profundidad necesaria para que la batería cumpla con las especificaciones. Después de levantar la masa, almacena energía potencial gravitacional basada en la masa del objeto y la altura a la que fue levantado: cuanto más alto se levanta una masa, más energía potencial gravitacional se almacena; y cuanto más pesada es la masa, mayor es el cambio de energía. El ejemplo más conocido al respecto es la energía hidroeléctrica y el almacenamiento por bombeo. En ella, el agua se bombea a elevaciones más altas para almacenar energía y se libera a través de turbinas de agua para generar electricidad.
Imagen de la gigantesca grúa utilizada en una instalación de energía de gravedad. Fuente: Energy Vault
Algunos países están viendo en esta revolución tecnológica una oportunidad para paliar su déficit energético, es el caso de Estados Unidos, China, Australia, Alemania y Japón, quienes en este orden lideran estos avances. Se prevé que el almacenamiento de energía relacionado con la red se multiplique por 15 hasta el 2030, hasta alcanzar unos 160 gigavatios hora (GWh) en todo el mundo, según un reciente informe del Departamento de Energía de Estados Unidos. Proyectos emblemáticos y pioneros se están desarrollando en China, Escocia, Estados Unidos, Reino Unido, Suiza, Rusia e India.
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Sabemos desde hace tiempo que las fuentes eólica y solar pueden generar más energía de la que puede utilizar una red. La incógnita es ¿dónde podemos almacenar este exceso de energía?
Los estudios que se vienen realizando al respecto, sugieren que las minas subterráneas reutilizadas podrían almacenar energía suficiente para abastecer a "toda la Tierra" durante un día.
Según los científicos del Instituto Internacional de Análisis de Sistemas Aplicados (IIASA) (Austria), considerado uno de los más prestigiados think tanks integrales del mundo, las minas abandonadas podrían ser la solución. Ellos aseguran que convertir las minas clausuradas en enormes baterías gravitatorias proporcionaría hasta 70 teravatios (TW) de almacenamiento de energía. Una cantidad suficiente para cubrir el consumo diario de electricidad de todo el mundo.
El modelo de almacenamiento subterráneo de energía por gravedad (UGES) propuesto por los investigadores del IIASA utiliza los ascensores existentes para subir y bajar contenedores llenos de arena. Las minas son idóneas para este tipo de baterías, ya que cuentan con pozos profundos que podrían utilizarse para dejar caer un peso, las baterías gravitatorias requieren al menos 300 metros de espacio de caída para funcionar correctamente. Según los investigadores, la construcción de estos proyectos también podría ayudar a generar ingresos en comunidades mineras empobrecidas y recuperar fuentes laborales perdidas, ya que la mina prestaría servicios de almacenamiento de energía tras el cese de sus operaciones.
Esta inmensa estructura similar a un edificio es en realidad una "pila gigante", una batería de gravedad que funcionará en Rudong, China
El caso es que las minas ya cuentan con la infraestructura básica y están conectadas a la red eléctrica, lo que reduce significativamente el coste y facilita la implantación de plantas UGES. Transformándose en soluciones innovadoras que utilizan los recursos preexistentes, indispensables para descarbonizar la economía mundial.
Las baterías de gravedad ofrecen una serie de ventajas que las diferencian de otros modelos de almacenamiento a gran escala. Veamos cuáles son las principales:
Máximo rendimiento en un segundo: estos diseños son capaces de alcanzar el máximo rendimiento en aproximadamente un segundo. Eso es muy útil para muchas aplicaciones de red donde la fuente y la carga son impredecibles.
Precio y eficiencia: El precio de las baterías de gravedad varía según el diseño. El sistema de batería de gravedad propuesto por Energy Vault en China oscila entre 6 y 8 millones en precio de construcción; pero tiene un coste nivelado de almacenamiento (LCOS) de 0,05?/KWh (kilovatio hora) y una eficiencia de ida y vuelta de 88 a 92%. Esto es un 50% más barato en comparación con el LCOS de las baterías de litio, que cuesta entre 0,24?/KWh y 0,33?/KWh. El prototipo de 250kW de Gravitricity en Escocia está presupuestado en ?1,20 millones, prometiendo una vida útil de 50 años y una eficiencia del 80 al 90%. Los costes relativos de las instalaciones de almacenamiento por gravedad indican que aunque el "costo inicial es alto", la larga vida útil del equipo, sin límite de ciclos ni degradación de capacidad durante el uso, hace que sea una propuesta interesante para el equilibrio de la red a gran escala. Los expertos señalan que las baterías de gravedad tendrán un mejor precio a largo plazo que las baterías químicas.
Pueden ubicarse casi en cualquier lugar: A diferencia de la hidroelectricidad de almacenamiento por bombeo, los paneles solares y las turbinas eólicas, que solo pueden operar bajo ciertas condiciones o en ciertas áreas, las baterías de gravedad como las propuestas por Energy Vault y Gravitricity pueden tener una gama más amplia de sitios adecuados. ¿Por qué? Porque hay gravedad en todo el planeta.
Reducen los impactos ambientales: Las baterías de gravedad están diseñadas para combinarse con soluciones de energías limpias renovables cuyas fuentes (luz solar, viento, etc.) son frecuentemente variables y no necesariamente coinciden con la demanda. Generan mucho menos problemas ambientales que otras soluciones de almacenamiento tradicionales, como el almacenamiento de agua bombeada. Se anticipa que los sistemas de baterías de gravedad podrán proporcionar energía rápidamente durante los picos de consumo, lo que les permitirá complementar o reemplazar las centrales eléctricas de combustibles fósiles en los picos. Su implementación a mayor escala disminuirá la necesidad de combustibles fósiles, reduciendo significativamente las emisiones de dióxido de carbono (CO2).
Las baterías de gravedad también son más respetuosas con el ambiente que las baterías de litio; ya que las baterías de litio tienen una vida útil más corta y surgen problemas cuando es necesario desecharlas, además de implicar importantes impactos ambientales negativos con su explotación y transportes .
El futuro libre de combustibles fósiles está llamando a nuestras puertas, es tiempo de abrírselas de par en par.
