¿Cómo almacenar energía? Sistemas mecánicos (1)

Como concepto genérico, entendemos por almacenamiento de energía el conjunto de métodos, sistemas y tecnologías que permiten transformar y conservar la energía para su uso posterior.

El bombeo es un sistema mecánico muy extendido para almacenar energía

Como complemento a la expansión de las energías renovables, el desarrollo del almacenamiento de energía se basa en la actualidad en un amplio conjunto de tecnologías, con distinto recorrido y estado de madurez, lo que requiere un estudio pormenorizado para su adecuada implantación en término de prestaciones, coste y competitividad.

Con carácter general, este espectro de tecnologías se clasifica de la siguiente manera:

  1. Mecánicos
  2. Electroquímicos
  3. Químicos
  4. Térmicos
  5. Eléctricos

En esta ocasión vamos a repasar los principales sistemas mecánicos para el almacenamiento de energía:

Centrales hidráulicas de bombeo

Las centrales de bombeo almacenan energía en forma de energía potencial gravitacional del agua, elevando agua desde un depósito inferior a uno a mayor altura.

Durante los períodos con alta demanda, el agua almacenada en el embalse superior se libera mediante turbinas hacia un depósito inferior para producir electricidad, mientras que en períodos de baja demanda el agua se bombea de vuelta al embalse superior y se almacena de nuevo.

Aunque en general se trata de reservas superficiales en embalses y depósitos, también pueden utilizarse el mar o cavernas subterráneas como reserva inferior.

El almacenamiento de energía mediante bombeo es una de las tecnologías de almacenamiento más maduras y, gracias a su eficiencia y flexibilidad, está implantada a gran escala en toda Europa.

Actualmente supone más del 90% de la potencia de almacenamiento instalada a nivel europeo

Las plantas de bombeo requieren condiciones de emplazamiento muy especificas para ser viables, como una conformación adecuada del terreno, la diferencia de elevación entre los embalses y la disponibilidad de agua para la operación.

Adicionalmente, la obra civil necesaria puede presentar un elevado impacto ambiental, por lo que es muy interesante el reaprovechamiento de instalaciones hidroeléctricas, mediante la agregación de sistemas bombeo.

También existe la posibilidad de ampliación de centrales de bombeo existentes, mediante la incorporación de nuevos grupos con las mismas infraestructuras hidráulicas de embalses o depósito.

Otra opción que se plantea como palanca de generación de empleo en el medio rural y rehabilitación del espacio natural afectado por las explotaciones mineras es la utilización de aguas procedentes del drenaje de las minas para producción de energía eléctrica mediante una central depuradora reversible, permitiendo la regeneración de entornos mineros.

Se trata del aprovechamiento de las aguas provenientes de las minas abandonadas a lo largo de los años que, al tratarse de lixiviados de las propias minas, son contaminantes, lo que solucionaría adicionalmente el problema medioambiental que suponen estos vertidos a las diferentes cuencas hidrográficas.

Tienen en común la utilización de cielos abiertos y escombreras como balsas de almacenamiento dentro de las minas, concretamente como depósitos de acumulación inferior y superior.

Por tanto, esta tecnología presentaría beneficios adicionales al encontrarse en zonas de transición justa y cerca de centrales térmicas cerradas o en proceso de cierre.

Dentro de los proyectos de bombeo innovadores se encuentra el bombeo con agua marina, en el que uno de los depósitos es precisamente el mar.

Existen proyectos en los que el agua utilizada requiere de un proceso de desalación, mientras que en otros proyectos singulares se hace un uso directo del agua marina.

Aire comprimido

Conocido también como CAES (por sus siglas en inglés, Compressed Air Energy Storage), se trata de un sistema en el cual la energía eléctrica se almacena en forma de aire comprimido a alta presión y se extrae mediante su expansión a través de turbinas, aportando calor al aire.

Para el almacenamiento del aire es necesario contar con localizaciones geológicas apropiadas o depósitos aptos para esa función.

El almacenamiento mediante aire comprimido será diabático o adiabático en función de que se transfiera calor o no con el entorno, siendo generalmente superior el rendimiento en los sistemas adiabáticos. En estos últimos sistemas, se utiliza el calor capturado previamente en otras fases del proceso.

En un sistema CAES la energía eléctrica se almacena en forma de aire comprimido a alta presión

En general, una instalación de aire comprimido integra componentes, dispositivos y procesos variados, siendo comunes a todos ellos los compresores, expansores y depósitos de almacenamiento de aire. El resto de componentes varían en función de la estructura y los principios de operación del sistema.

Aire líquido

También conocido como LAES (por sus siglas en inglés, Liquid Air Energy Storage), este sistema emplea el aire líquido como vector energético y puede integrarse en procesos de calor y frío residuales industriales.

El proceso se lleva a cabo en una planta de licuefacción de aire industrial que emplea energía eléctrica para enfriar el aire ambiente, hasta producir aire líquido (criogénico) que se almacena en un tanque aislado a baja presión.

Cuando se requiere energía, el aire líquido es presurizado, regasificado y expandido en una turbina para generar electricidad.

Este almacenamiento puede acompañarse de 2 sistemas de almacenamiento térmico asociados a cada uno de los procesos de compresión y expansión de aire (foco frío y caliente). La implementación de estos sistemas permite incrementar la eficiencia de la conversión.

Volantes de inercia

Los volantes de inercia son dispositivos mecánicos capaces de almacenar energía cinética mediante un disco de inercia que gira mecánicamente acoplado a una maquina eléctrica que opera o como motor o como generador, controlada mediante electrónica de potencia, y que se conecta en consecuencia o a la red eléctrica o a la carga.

El volante de inercia es una opción de almacenamiento de energía en el ámbito industrial

Durante la carga la máquina eléctrica opera como motor: la energía proporcionada por la red provoca el movimiento del rotor del volante hasta alcanzar su velocidad nominal, almacenando de esa manera una determinada energía cinética.

En la descarga la máquina eléctrica operaría como generador: se transforma la energía mecánica almacenada en energía eléctrica devuelta a la red y frenando el dispositivo hasta su velocidad mínima de diseño.

Esta tecnología goza de una alta penetración en el mercado industrial por su alta capacidad de respuesta dinámica, potencia y densidad energética, así como por las oportunidades que brinda para desacoplar potencia y energía en el rango de diseño, con un alto número de ciclos de vida y facilidad de instalación.

En nuestra próxima entrega trataremos de los sistemas electroquímicos para almacenamiento de energía.

Ricardo Estévez

Mi verbo favorito es avanzar. Referente en usos innovadores de TIC + Marketing. Bulldozer sostenible y fundador de ecointeligencia

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