El efecto que los combustibles fósiles están teniendo en la emergencia climática está impulsando un impulso internacional para usar fuentes de energía bajas en carbono. Por el momento, las mejores opciones para producir energía baja en carbono a gran escala son la energía eólica y solar.
Pero a pesar de las mejoras en los últimos años tanto en su rendimiento como en su costo, sigue existiendo un problema importante: el viento no siempre sopla y el sol no siempre brilla.
Una red eléctrica que depende de estas fuentes fluctuantes lucha constantemente para igualar la oferta y la demanda, por lo que la energía renovable a veces se desperdicia porque no se produce cuando es necesario.
Una de las principales soluciones a este problema son las tecnologías de almacenamiento de electricidad a gran escala. Estos funcionan acumulando electricidad cuando la oferta excede la demanda, y luego la liberan cuando sucede lo contrario. Sin embargo, un problema con este método es que involucra enormes cantidades de electricidad.
Las tecnologías de almacenamiento existentes como las baterías no serían buenas para este tipo de proceso, debido a su alto costo por unidad de energía. Actualmente, más del 99 por ciento del almacenamiento de electricidad a gran escala es manejado por represas hidroeléctricas bombeadas, que mueven el agua entre dos depósitos a través de una bomba o turbina para almacenar o producir energía.
Sin embargo, hay límites en cuanto a la cantidad de hidroeléctrica bombeada que se puede construir debido a sus requisitos geográficos.
Una opción de almacenamiento prometedora es el almacenamiento de electricidad térmica bombeada. Esta tecnología relativamente nueva ha existido durante unos diez años y actualmente se está probando en plantas piloto.
Figura 1. La conversión de electricidad en calor ocurre en el circuito central, luego se almacena en tanques fríos y calientes. (Pau Farres Antunez)
El almacenamiento de electricidad térmica bombeada funciona convirtiendo la electricidad en calor utilizando una bomba de calor a gran escala. Este calor se almacena en un material caliente, como agua o grava, dentro de un tanque aislado.
Cuando es necesario, el calor se convierte nuevamente en electricidad utilizando un motor térmico. Estas conversiones de energía se realizan con ciclos termodinámicos , los mismos principios físicos utilizados para hacer funcionar refrigeradores, motores de automóviles o centrales térmicas.
Tecnología conocida
El almacenamiento de electricidad térmica bombeada tiene muchas ventajas. Los procesos de conversión se basan principalmente en tecnología y componentes convencionales (como intercambiadores de calor, compresores, turbinas y generadores eléctricos) que ya se utilizan ampliamente en las industrias de energía y procesamiento.
Esto acortará el tiempo requerido para diseñar y construir el almacenamiento de electricidad térmica bombeada, incluso a gran escala.
Los tanques de almacenamiento pueden llenarse con materiales abundantes y económicos, como grava, sales fundidas o agua. Y, a diferencia de las baterías, estos materiales no representan una amenaza para el medio ambiente.
Los grandes tanques de sal fundida se han utilizado con éxito durante muchos años en plantas de energía solar concentrada, que es una tecnología de energía renovable que ha experimentado un rápido crecimiento durante la última década.
La energía solar concentrada y el almacenamiento de electricidad térmica bombeada comparten muchas similitudes, pero mientras que las plantas de energía solar concentrada producen energía almacenando la luz solar como calor (y luego convirtiéndola en electricidad), las plantas de almacenamiento de electricidad térmica bombeada almacenan electricidad que puede provenir de cualquier fuente: solar, energía eólica o incluso nuclear, entre otras.
Figura 2. Una planta de energía solar concentrada. National Renewable Energy Lab.
Fácil de implementar y compacto.
Las plantas de almacenamiento de electricidad térmica bombeada se pueden instalar en cualquier lugar, independientemente de la geografía. También se pueden ampliar fácilmente para satisfacer las necesidades de almacenamiento de la red.
Otras formas de almacenamiento de energía a granel están limitadas por el lugar donde se pueden instalar. Por ejemplo, el almacenamiento hidroeléctrico bombeado requiere montañas y valles donde se puedan construir depósitos de agua importantes. El almacenamiento de energía por aire comprimido depende de grandes cavernas subterráneas.
El almacenamiento de electricidad térmica bombeada tiene una densidad de energía más alta que las represas hidroeléctricas bombeadas (puede almacenar más energía en un volumen dado). Por ejemplo, se puede recuperar diez veces más electricidad de 1 kilogramo de agua almacenada a 100°C (212°F), en comparación con 1 kilogramo de agua almacenada a una altura de 500 metros en una planta hidroeléctrica bombeada.
Esto significa que se requiere menos espacio para una cantidad determinada de energía almacenada, por lo que la huella ambiental de la planta es menor.
Figura 3. Tanques de sal fundida para el almacenamiento de energía térmica en una planta de energía solar concentrada. Abengoa.
Larga vida
Los componentes del almacenamiento de electricidad térmica bombeada suelen durar décadas. Las baterías, por otro lado, se degradan con el tiempo y deben reemplazarse cada pocos años; la mayoría de las baterías de los automóviles eléctricos generalmente solo tienen una garantía de unos cinco a ocho años.
Sin embargo, aunque hay muchas cosas que hacen que el almacenamiento de electricidad térmica bombeada sea adecuado para el almacenamiento a gran escala de energía renovable, tiene sus desventajas.
Posiblemente, la mayor desventaja es su eficiencia relativamente modesta, es decir, cuánta electricidad se devuelve durante la descarga, en comparación con la cantidad que se puso durante la carga. La mayoría de los sistemas de almacenamiento de electricidad térmica bombeada apuntan a una eficiencia del 50-70 por ciento, en comparación con el 80-90 por ciento para las baterías de iones de litio o el 70-85 por ciento para el almacenamiento hidroeléctrico bombeado.
Pero lo que posiblemente más importa es el costo: cuanto más bajo es, más rápido la sociedad puede avanzar hacia un futuro bajo en carbono. Se espera que el almacenamiento de electricidad térmica bombeada sea competitivo con otras tecnologías de almacenamiento, aunque esto no se sabrá con certeza hasta que la tecnología madure y se comercialice por completo.
En la actualidad, varias organizaciones ya tienen trabajo, prototipos del mundo real. Cuanto antes probemos y comencemos a implementar el almacenamiento de electricidad térmica bombeada, antes podremos usarlo para ayudar a la transición a un sistema de energía bajo en carbono.
Noticia de: The Conversation / Traducción libre del inglés por World Energy Trade
Te puede interesar: Piloto automático de Tesla – Tecnología de vanguardia
