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miércoles, 29 de marzo de 2017

El aire podría ser la próxima batería del mundo

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El viento y el sol, dos recursos impredecibles, son cada vez más importantes como fuentes de energía en Europa. Esto significa que nos enfrentamos a una creciente necesidad de instalaciones de almacenamiento de energía, ya que si la energía no puede ser utilizada inmediatamente cuando se genera, debe almacenarse hasta que sea necesario.

La idea de RICAS 2020 ayudará a utilizar el excedente de energía generado por las turbinas eólicas y las células solares para comprimir el aire, que se almacenará posteriormente en cámaras subterráneas. Crédito: Giovanni Perillo, SINTEF. Illustration: Knut Gangåssæter, SINTEF.
El método menos costoso consiste en utilizar depósitos de energía hidroeléctrica como ‘baterías’, por ejemplo, al generar electricidad utilizando el agua almacenada cuando la energía es escasa y, posteriormente, bombear el agua hacia atrás cuando se dispone de energía renovable excedente. Sin embargo, esta es una solución práctica sólo en regiones montañosas, como las que tenemos en Noruega y en algunos otros países.

Pero, ¿y si los países y regiones menos afortunados pudieran utilizar aire, en lugar del agua, como forma de almacenar energía? Bajo los auspicios de la Unión Europea, científicos de toda Europa intentan convertir este concepto en una perspectiva viable, a través de un proyecto de investigación (RICAS 2020) del que es miembro SINTEF. Los participantes del proyecto tienen en mente todas las partes del mundo donde podrían ser usadas las cuevas selladas y en desuso como sitios de almacenamiento.

Como una bomba de neumáticos de bicicleta caliente

El principio general, que ya ha sido adoptado en algunos sitios, es básicamente una cuestión de utilizar el excedente de energía eléctrica para comprimir el aire, y luego almacenarlo en una cámara subterránea. Cuando sea necesario disponer de esa energía, el aire se libera a través de una turbina de gas que va generando electricidad. Las plantas que ya existen de este tipo se usan a menudo para satisfacer la demanda de pico como complemento de las centrales eléctricas clásicas, proporcionando la cantidad necesaria de electricidad en diferentes momentos a lo largo del día.

La física que regula el almacenamiento de energía en forma de aire comprimido es el resultado de una ley natural, conocida por cualquier persona que sepa lo que es una bomba o inflador de bicicleta: el proceso de compresión del aire lo calienta. Las bombas de bicicleta comprimen el aire con el fin de aumentar la presión de los neumáticos, y al hacerlo, hace que la bomba se caliente.

"Cuanto más calor de compresión ha retenido el aire cuando es liberado de su almacenamiento, tanto más trabajo puede realizar a medida que pasa a través de la turbina de gas. Así pensamos que podremos conservar tanto más ese calor dado que la tecnología de almacenamiento actual puede aumentar la eficiencia neta de las instalaciones de almacenamiento", afirma Giovanni Perillo, director de proyecto de la contribución de SINTEF para RICAS 2020.

Cámaras subterráneas para almacenar el calor

Los dos sitios más grandes de almacenamiento de aire comprimido del mundo se encuentran en Alemania y Estados Unidos. Son cámaras subterráneas creadas en formaciones salinas. Pero estas plantas pierden una gran porción de la energía potencial del aire comprimido, porque no incorporan un sistema para almacenar el calor producido durante la etapa de compresión de aire.

Los participantes en RICAS 2020 tienen una receta para reducir estas pérdidas en futuras cámaras subterráneas de almacenamiento. El núcleo de esta receta es una estación adicional que han incorporado a su solución.
- En su camino hacia la cámara subterránea, el aire comprimido caliente pasa a través de una cámara separada llena de roca triturada.
- El aire caliente calienta la roca, reteniendo una gran porción del calor.
- El aire frío queda almacenado en la cámara principal.
- Cuando el aire regresa posteriormente, a través de la roca triturada, será utilizado en su camino para generar electricidad, el flujo de aire se ve recalentado por las piedras.
- El aire caliente se expande entonces a través de una turbina generadora de electricidad
Más barato que las baterías

El director de proyecto de SINTEF explica su estimación de que esta tecnología podría elevar la eficiencia del sistema hasta un 70 u 80 por ciento. Estas cifras se corresponden con la mayoría de los sitios de almacenamiento existentes cuyas cifras no son mejores que un 45 a 55 por ciento, lo que significa que la energía producida es tan sólo la mitad de lo usado inicialmente para comprimir el aire en la cámara.

"El proyecto se basa en que nuestra solución ofrecerá un mejor almacenamiento de energía que las baterías, gracias a su más larga vida útil y a un menor costo por kWh de energía almacenada.También esperamos que pueda ser utilizado independientemente del tipo de formación geológica disponible", comenta Perillo.

Las cuevas en desuso serían lo adecuado

Según Perillo, sólo existe un requisito en cuanto a la elección del emplazamiento. Ya que deben existir grandes espacios huecos, puesto que sería demasiado costoso excavar nuevas cámaras y hacerlas seguras.

Los participantes en el proyecto, por lo tanto, prevé que los espacios subterráneos existentes en desuso podrían ser reabiertos para albergar el aire comprimido.

"Consideramos que los túneles en desuso y los pozos mineros son lugares de almacenamiento en potencia, y Noruega tiene en abundancia", añadió.

Membrana para sellar las paredes de la cueva

El mismo investigador de SINTEF es científico de materiales. En este proyecto de la UE es responsable de la investigación y desarrollo de SINTEF respecto a la membrana de sellado que será necesaria para mantener herméticos los emplazamientos.

A su vez, los científicos de SINTEF también aportan su experiencia en tecnología subterránea, con cálculos aseguran que sus soluciones, incluyendo los materiales sellantes, serán capaces de soportar la presión a la que estarán expuestos.

El proyecto dará lugar a un conjunto de especificaciones técnicas y de análisis de costes detallados. La instalación o no de una planta piloto dependerá de los resultados de tales estudios.

"Si resulta que nuestra solución funciona bien, surgirán nuevas y emocionantes posibilidades, no sólo para el almacenamiento de energía en sí, sino también para aplicaciones industriales de aire comprimido", señala Perillo.

Muchos planes anteriores abandonados

En medio del paisaje alpino del sur de Alemania, el Dr. Matthias Finkenrath, profesor de ingeniería de energía en la Universidad de Ciencias Aplicadas de Kempten, en Baviera, ha estado investigando el uso del aire comprimido para el almacenamiento de energía durante muchos años.

Explica que su escasa eficiencia energética ha reducido el interés en las pocas instalaciones que ya están en funcionamiento, y que en los últimos 15 años se ha invertido mucho dinero en el desarrollo de versiones de mayor eficiencia energética en el almacenamiento de energía de aire comprimido.

No obstante, según el profesor, la combinación de los principales desafíos tecnológicos, los bajos precios de la energía y las incertidumbres del mercado de la energía ha actuado como freno, que ha llevado a posponer o abandonar todos los planes para plantas de demostración a gran escala. Por lo tanto, nada complacería más al profesor que alcanzar los objetivos del proyecto de la UE .

Considerar el almacenamiento de energía caliente como un avance

"El almacenamiento de aire comprimido al que apunta este proyecto, podría proporcionar costos significativamente más bajos, además de mejorar considerablemente la capacidad de almacenamiento en comparación con, por ejemplo, las baterías. Si este proyecto logra establecer las plantas de almacenamiento en una amplia gama de condiciones geológicas, sería un importante paso adelante.

Como apuntaba el profesor Finkenrath: "Si los socios del proyecto también tienen éxito en sus planes para el almacenamiento eficiente de calor, el uso de aire comprimido para el almacenamiento de energía podría estar al borde de un gran avance."

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traducido por Pedro Donaire
Ref. Phys.Org, 28 marzo 2017
"Air could be the world's next battery"
Fuente: SINTEF
Imagen: This is the idea that RICAS 2020 will be helping to realise: surplus energy generated by wind turbines and solar cells is used to compress air, which is stored in caverns in solid bedrock. When air is compressed, it heats up, so a separate underground heat store stockpiles the heat generated by the compression process. When the energy is needed, the air is released through a gas turbine, which generates electricity. The more hot air that is released through the heat store on its way out, the more electricity will be generated; in other words: the more effective is the energy storage. Credit: Giovanni Perillo, SINTEF. Illustration: Knut Gangåssæter, SINTEF

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