El «almacén» que nos falta

Las tecnologías para acumular energía hacen más robusto y eficiente el sistema energético de un país de cara a los retos del desarrollo sostenible

Autor:

Juventud Rebelde

Almacenar energía es algo común en la naturaleza. Gracias a la clorofila y mediante la fotosíntesis, las plantas captan y almacenan la energía solar. El desarrollo científico-técnico nos ha permitido crear tecnologías para emular a la Madre Natura. Las baterías de los medios automotores y el respaldo eléctrico de las computadoras almacenan pequeñas cantidades de electricidad, pero hay sistemas que almacenan mucha más.

Ese es el caso de la climatización con almacenamiento de energía térmica del edificio del Parlamento alemán en Berlín, donde la energía almacenada es de unos 2 GWh.

Las redes eléctricas de corriente alterna deben satisfacer la demanda con eficiencia y confiabilidad. Ello implica disponer de electricidad despachable al menor costo posible y cumplir rigurosas normas de calidad. Por otro lado, enfrentar el cambio climático y transitar hacia la sostenibilidad exige «descarbonizar» los sistemas energéticos, o sea, sustituir los combustibles fósiles por fuentes renovables de energía. Sin embargo, la variabilidad e intermitencia del recurso solar en sus diferentes manifestaciones (excepto la biomasa y el gradiente térmico oceánico), hace necesario almacenar la energía. Pero si la energía solo se transforma y se conserva, ¿qué es entonces almacenar energía? Es transformarla, transmitirla a otro cuerpo o sistema para después convertirla en energía útil, en forma de energía eléctrica o de energía térmica.

Acumular energía es también importante en previsión de fallas. Es vital en la actividad bancaria, los cuidados de la salud, la protección de datos y las telecomunicaciones. Hay tres líneas básicas de aplicación del almacenamiento de energía: gestión energética (uso racional, disminución de emisiones), calidad de la energía (servicio ininterrumpido, regulación de frecuencia) y transporte (alternativa a los combustibles fósiles). Los países líderes en el desarrollo y uso de estas tecnologías son Japón y Estados Unidos de América. El informe Perspectivas de las Tecnologías de Almacenamiento de Energía 2008, considera importante su aporte a la seguridad energética y la reducción de emisiones.

Algo de historia

Almacenar energía no es nuevo. Tomar una cerveza fría en el verano era posible cuando no había refrigeradores. En Europa se cortaban trozos de hielo de la superficie helada de los lagos y ríos en el invierno, y se guardaban junto a la cerveza en almacenes bajo tierra. Así se «almacenaba el frío» del invierno hasta el verano, un ejemplo de almacenamiento térmico a largo plazo. El italiano Alejandro Volta describió en el año 1800 el principio de la pila electroquímica, antecedente de la batería eléctrica.

La hidroacumulación se usó por primera vez a fines del siglo XIX en un sitio de la frontera entre Suiza e Italia. Hoy es el método de almacenamiento de energía más usado en el mundo, con unos 90 GW instalados, un tres por ciento de la potencia de generación eléctrica global.

La primera planta eléctrica de almacenamiento de energía mediante aire comprimido fue construida en 1978 en Hundorf, Alemania. Aún trabaja, tiene una potencia de 290 MW e inyecta a la red 1,16 GWh al día. La planta de Alabama (EE.UU.) tiene 110 MW, opera de forma continua con 80 por ciento de eficiencia y genera 2,64 GWh/día. Hay experimentos de este tipo en Italia, Rusia, Japón e Israel.

Métodos y tecnologías

Existen varios métodos para almacenar energía. El método mecánico abarca las hidroacumuladoras, el Almacenamiento de Energía Mediante Aire Comprimido (CAES por sus siglas en inglés) y las baterías electromecánicas (BEM). Las hidroacumuladoras operan con la electricidad excedente al bajar la demanda. Bombean agua hacia un reservorio elevado y en el horario pico liberan el agua embalsada y generan electricidad. Japón posee una hidroacumuladora de 30 MW única de su tipo, pues el reservorio inferior es el océano.

Las BEM son volantes de inercia que almacenan la energía eléctrica transformada en cinética de una masa cilíndrica giratoria. Cuando se requiere, la energía almacenada en el volante es «extraída» mediante un motor que funciona como generador eléctrico. Tienen largos tiempos de vida útil, necesitan poco mantenimiento, alcanzan 90 por ciento de eficiencia y responden rápidamente en caso de fallas del servicio entregando grandes potencias en cortos lapsos de tiempo. Son muy útiles en el control de frecuencia.

El método químico y electroquímico abarca las baterías, una tecnología madura para muchas aplicaciones, y las celdas combustible a base de hidrógeno, que aunque son una tecnología cara, se usan en los medios de transporte.

Las baterías funcionan gracias a reacciones electroquímicas que liberan electrones cuyo movimiento ordenado da lugar a la corriente eléctrica. Existen baterías como las que usan los relojes y los equipos electrónicos portátiles. Están las usadas para respaldo eléctrico, almacenamiento de energía en los sistemas fotovoltaicos autónomos y las baterías avanzadas (baterías de flujo, baterías de sulfuro de sodio y otras).

Como principio las termoeléctricas necesitan sistemas de almacenamiento de energía, para lo cual usan bancos de baterías. Dicha energía garantiza el funcionamiento de los principales sistemas y permite lograr una operación segura. Si la planta sale fuera de servicio, se mantiene la alimentación a los sistemas que lo requieran.

El método eléctrico se logra empleando supercapacitores y el almacenamiento de energía magnética con materiales superconductores. En ambos casos la nanotecnología está desempeñando un papel clave en la introducción de nuevos materiales para almacenar la energía más eficientemente. El método térmico incluye el almacenamiento bajo tierra y los dispositivos basados en el cambio de fase de materiales.

Electricidad despachable

La energía eólica no permite producir «electricidad despachable», o sea entregarla a partir de la demanda de los consumidores. La variabilidad del viento hace que su disponibilidad no siempre coincida con períodos de alta demanda. Pero, ¿se podría «guardar» la energía eólica? Por inverosímil que parezca, la respuesta es afirmativa. Primero hay que captarla y luego transformarla. De captarla se ocupan los aerogeneradores que la convierten en electricidad con la que funciona, por ejemplo, un sistema que bombea y comprime aire en el interior de una formación geológica subterránea. Este método se empleará en el Parque de Almacenamiento de Energía de Iowa, instalación de 268 MW que se construye en Estados Unidos de América. Al comprimir el aire bombeado hacia la caverna se transforma la energía cinética del viento, previamente convertida en energía eléctrica, en energía potencial elástica del aire, que después se libera para producir electricidad mediante una turbina convencional cuando la demanda lo requiera. Así un parque eólico unido a un sistema CAES, produce electricidad despachable. Experimentos con acumulación de energía eólica, pero usando baterías, existen en Japón e Irlanda.

Almacenamiento en acuíferos

Los resultados del Sistema de Almacenamiento de Energía Térmica en Acuífero en el hospital de Kalin, cerca de Amberes, en Flandes, Bélgica, demuestran la alta eficiencia de esta tecnología energética. El sistema se basa en el empleo de bombas de calor reversibles que trasiegan agua desde dos pozos practicados a 65 metros de profundidad en las cercanías del hospital. Según el Instituto Flamenco de Investigaciones Tecnológicas, el sistema ahorra un 70 por ciento de energía en climatización y reduce apreciablemente las emisiones de CO2. Flandes tiene unos 15 proyectos que aprovechan las condiciones geológicas del subsuelo para construir instalaciones de almacenamiento de energía térmica en acuíferos. La que será la mayor instalación de este tipo en el mundo se construye en el Aeropuerto Internacional de Estocolmo.

En Cuba

En Cuba hay instalaciones de almacenamiento de energía en las termoeléctricas que poseen bancos de baterías de respaldo eléctrico, los cuales pueden almacenar más de 30 MWh, como en la Antonio Guiteras. Esta energía garantiza los servicios de comunicación, control e informática, protección eléctrica, automática y señalización. Existen bancos de baterías en las plantas telefónicas y miles de sistemas fotovoltaicos autónomos que almacenan también en baterías la energía solar captada. La acumulación de energía es estudiada por el Grupo Central de Ahorro de Energía, Eficiencia Energética y Energías Renovables.

Las obras de la Central Electronuclear de Juraguá, en Cienfuegos, paralizada definitivamente en 1993, concebían construir una hidroacumuladora que habría ayudado en la gestión de la demanda del Sistema Electroenergético Nacional. Hoy se prevé instalar hidroacumuladoras en sitios donde existan las condiciones y sea factible.

Las tecnologías para almacenar energía sirven como respaldo eléctrico y garantizan un sistema energético eficiente, confiable y sostenible. Abarcan la generación eléctrica, el transporte y las comunicaciones e integran recursos centralizados, distribuidos y fuentes renovables.

*El autor es especialista de CUBAENERGÍA y miembro de CUBASOLAR.

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