La electricidad supuso un antes y un después para nuestra cultura. Permitió iluminar las calles, facilitar el transporte, e incluso constituyó la piedra angular de las telecomunicaciones de los siglos XX y XXI y aquella sobre la que se edificaron Internet y la era digital. Nuestra civilización está asentada sobre su desarrollo.
Generar electricidad se nos da bastante bien, pero el hecho de que no sepamos almacenar energía a largo plazo nos obliga a quemar carbón o gases en centrales térmicas, o fusionar átomos en centrales nucleares cuando hay picos de potencia.
El enunciado es sencillo: si conseguimos guardar energía, dejaremos de contaminar tanto. Sin embargo, no es tan fácil llevarlo a la práctica. Repasamos algunas alternativas que pueden convertirse en el modo de almacenar energía del futuro.
Proyecto Ares: almacenar energía por gravitación
¿Te imaginas poder almacenar la energía como energía potencial gravitatoria, la misma que diste en Física durante los años escolares? La simplificación de aquella ecuación era de las más sencillas y permitía resolver bastantes problemas. Es posible que en el futuro nos ayude a solucionar el problema del almacenamiento de energía.
Ep = m·g·h
La idea tras el proyecto es la de reconvertir sistemas de vías en desuso en grandes almacenes de trenes muy pesados, almacenando en alto mucho peso para ser liberado cuando haga falta.
Cuando los sistemas de energía solar y eólico, entre otros renovables, tengan picos, se puede bombear el excedente a un tren cargado de losas de hormigón que sube lentamente por una vía inclinada. Cuando necesitemos la energía, solo habrá que dejarlo caer para recuperar buena parte de ella.
Lejos de ser una fantasía, la tecnología lleva lista desde hace décadas y lleva años testándose. El sistema Ares realizó una prueba en Tehachapi (California) en una vía de 268 metros con suficiente éxito como para que se aprobase una flota de trenes autónomos capaces de transportar hasta 300 toneladas. En una pendiente de hasta 7,2%, cada vagón cargado es capaz de suministrar en bajada hasta 50MW de potencia a la red.
El mecanismo funciona virtualmente igual que los saltos de agua tras los embalses, con la particularidad de que no es necesario inundar ningún valle para conseguir altas densidades de almacenamiento de energía, algo que la población local, la fauna y la flora seguramente agradecerán.
Además, no tiene emisiones de gases de efecto invernadero, no usa combustible, no requiere de agua para funcionar ni crea residuos. Salvo el hormigón inicial, que puede durar décadas, tampoco necesita extracción de materiales, e incluso es fácil de desmontar si se desea trasladar o reciclar al final de su vida útil: casi todo es metal y áridos reciclables.
Hydrostor Marine: almacenar energía bajo el agua
La mecánica de este invento es relativamente sencilla. Para evitar, por ejemplo, detener centrales eólicas durante valles de demanda, se convierte el excedente de energía en aire comprimido.
Como toda transformación, tiene un rendimiento inferior al 100%, pero es mejor alternativa que detener la captura de energía. Además, parte del calor generado durante la compresión se usa para calefactar hogares y edificios.
El aire comprimido se almacena dentro de acumuladores bajo el agua, que podemos considerar como grandes bombonas casi esféricas. Este tipo de almacenamiento tiene ventajas tanto en rendimiento y como en seguridad. Por ejemplo, una bombona de aire comprimido sobre la superficie puede dar lugar a una explosión grave, pero bajo el agua la presión del fluido hace de barrera a una posible onda de choque.
Una vez bajo el agua, el aire comprimido se libera a medida que hace falta electricidad, convirtiendo la presión del aire a energía eléctrica. Este sistema tiene la gran ventaja de que no se usa combustible alguno, y el almacenaje es aire. Un fallo y su liberación, incluso una liberación explosiva, no tendría ningún tipo de repercusión medioambiental, solo una enorme burbuja de aire saliendo del agua.
El profesor Seamus Garvey lleva trabajando en este tipo de medidas desde 2007, que en 2016 cristalizaron en la startup canadiense Hydrostor.
Baterías urbanas en hogares y vehículos gracias al mix Li-Ion y supercondensadores
Estos mecanismos probablemente sean más conocidos debido al uso que se prevé tanto en el vehículo eléctrico (V2G) como en los hogares (H2G) en concepto de microgeneración y almacenamiento.
En España todavía estamos lejos de la microgeneración estadounidense (probablemente por la legislación en materia de soberanía energética), pero se espera que los tejados estén cubiertos pronto de una red distribuida de placas solares que alimenten los hogares y nuestros vehículos eléctricos.
Ya existen proyectos de batería de hogar, como la de Tesla, que pretende (junto con Solarcity, también de Elon Musk) convertirse en el núcleo de almacenamiento local; o la segunda vida de las baterías de los Renault ZOE. Ambos sistemas de almacenamiento eléctrico están pensados para devolver a la red la energía que demande en momentos de bajo consumo en el hogar (H2G).
Hace tiempo que la frenada regenerativa de la Fórmula E (que ya se usa para alimentar ferrolineras de Adif) cambió el modo en que vemos la movilidad eléctrica. En muy pocos años los vehículos serán contemplados como grandes baterías móviles capaces de devolver energía a la red (V2G), siendo el principal obstáculo la de crear puntos de carga bidireccional. Si hoy día los puntos de carga normales ya suponen una barrera, es de esperar que esta tecnología (aunque accesible) tarde un tiempo.
Promete todavía más cuando a las baterías de litio-ion se les acopla un sistema de supercondensadores en la toma y salida de carga. La primera tecnología permite un almacenamiento de energía de alta densidad con poca pérdida a largo plazo, que además se abaratará un 70% en una década; y la segunda soporta una alta densidad de potencia. Ambas se complementan bastante bien para dar una respuesta rápida y a gran escala. Por ejemplo, de ciudad.
Almacenamiento de energía en volantes de inercia
El almacenamiento de energía en un volante de inercia no es nuevo. Abajo podemos ver la imagen del volante de inercia de un motor victoriano a vapor, para el que ayudaba a estabilizar la salida de potencia de una caldera de carbón. Lo que sí es novedad es la tecnología de electroimanes y conversores de potencia que permiten que los nuevos discos no pierdan energía rápidamente.
En el Condado de Offaly, en Rhode (Reino Unido), hay una planta que experimenta con volantes de inercia último modelo de la empresa Schwungrad Energie. Su último récord (11/2016) consiste en un sistema mixto de baterías químicas y volantes de inercia (flywheels) con una capacidad de hasta 20MW de potencia por planta de almacenamiento.
Cualquiera que haya hecho girar una peonza o un spinner, se habrá dado cuenta de que el rozamiento juega un papel importante en la conservación del giro, por lo que es clave eliminarlo en lo posible. Precisamente en esto se está trabajando en esta línea de investigación.
Estas cuatro alternativas al almacenamiento de energía convencional (salto de agua, baterías químicas, pilas de hidrógeno, ion-litio,…) hubiesen sido tachadas de imposibles, e incluso de infantiles, hace tiempo.
Pero gracias a la tecnología es posible que dejemos atrás las centrales térmicas y nucleares, ya que si las necesitamos hoy día es para dar respuesta a los picos de potencia y para dar estabilidad al sistema de generación, respectivamente.
En Nobbot | Así cambiará el Big Data la forma en que producimos (y consumimos) energía
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