La geología de roca dura de Broken Hill podría proporcionar parte de la solución al problema de almacenamiento de energía de Australia a medida que el país hace la transición a la energía renovable.
Una instalación de 200 megavatios y 1.000 millones de dólares construida por la empresa canadiense Hydrostor cerca de la histórica ciudad minera será la primera instalación de almacenamiento de energía de aire comprimido a gran escala de Australia, capaz de alimentar hasta 80.000 hogares durante un día.
El Centro de Almacenamiento de Energía de Silver City podrá almacenar energía durante unas ocho horas, más que las baterías de iones de litio, que normalmente requieren unas cuatro horas de carga en las baterías de red grandes.
Esto significa que la energía solar generada durante el día puede absorberse y liberarse nuevamente por la noche.
Mucha energía renovable se desperdicia durante el día debido a la falta de almacenamiento, y este número aumenta a medida que se pone en funcionamiento más energía renovable.
Se estima que Australia necesitará hasta 20 veces más almacenamiento de energía para 2050, y simplemente agregar más baterías de iones de litio no es una solución debido a su alto costo y al número limitado de horas que pueden almacenar energía de manera eficiente.
¿Qué es el almacenamiento de energía en aire comprimido?
“Un sistema de almacenamiento de energía de aire comprimido es un poco como una pistola de clavos neumática, pero a una escala mucho mayor”, dice Ben Clennell, científico investigador del CSIRO que trabajó para Hydrostor en el pasado.
En épocas de gran oferta, se utiliza energía renovable para bombear aire atmosférico bajo presión a un contenedor de almacenamiento. En épocas de alta demanda, se libera para alimentar una turbina y generar electricidad.
Una impresión del sitio de Hydrostor. (Suministrado: Gobierno de Nueva Gales del Sur)
“Es un poco como almacenar aire en una botella de aire comprimido”, dice el Dr. Clennell.
A diferencia de una pistola de clavos, el sistema Broken Hill tiene varios pasos adicionales para mejorar la eficiencia.
Cuando se comprime el aire, se crea calor. Su calentador inverso funciona según el mismo principio. Este exceso de calor se almacena y luego se utiliza para calentar el aire almacenado cuando se relaja.
La planta de Broken Hill también utiliza agua para un proceso llamado “compensación hidrostática”.
El aire comprimido se almacena en una caverna subterránea llena de agua de 280.000 metros cúbicos, a 600 metros bajo la superficie.
“A medida que el aire fluye hacia la cueva subterránea, empuja el agua fuera de la cueva hacia un lago en la parte superior”, dijo el Dr. Clennell.
Un diagrama que muestra cómo funciona el sistema de almacenamiento de energía de aire comprimido de Hydrostor. (Incluido en la entrega: Hydrostor)
Para aprovechar esta energía almacenada, el proceso se invierte: el agua fluye desde el depósito de la superficie de regreso a la cueva subterránea, empujando el aire de regreso a la superficie, donde se recalienta y se usa para hacer girar turbinas para generar electricidad.
Hydrostor, la compañía canadiense detrás del Centro de Almacenamiento de Energía de Silver City, dijo que utilizará una mina subterránea en desuso junto a la caverna planificada para acceder y excavar roca para construir la caverna.
“(La roca) retendrá agua y aire sin tener que revestirla o construir un recipiente de acero porque es una roca de muy alta densidad”, dijo Martin Becker de Hydrostor.
El Dr. Clennell dijo que sería necesario ubicar bajo tierra grandes instalaciones de almacenamiento de energía de aire comprimido.
“Se puede almacenar aire en recipientes a presión o tuberías o en otras disposiciones en la superficie, pero rápidamente se volverían muy grandes si se quisiera almacenar cientos de megavatios hora de energía equivalente a electricidad”, dijo.
¿Por qué utilizar compensación hidrostática?
Según Seamus Garvey, profesor de dinámica energética de la Universidad de Nottingham, añadir agua hace que el proceso sea más complicado pero más eficiente, robusto y fiable.
El profesor Seamus Garvey fundó recientemente la Medium Duration Energy Storage Alliance. (Suministrado: Seamus Garvey)
Esto significa que cuando se necesita energía, todo el aire bombeado a la caverna subterránea puede liberarse a través de las turbinas. Sin agua, habría que dejar parte del aire en la caverna para evitar que se creara un vacío parcial.
“Puedes recuperar todo el aire del tanque si quieres vaciarlo”, dijo el profesor Garvey.
El compresor y las turbinas pueden funcionar a la misma presión óptima, lo que los hace más eficientes.
El agua también mitiga el daño a los contenedores de almacenamiento debido a la tensión sobre los materiales a través de ciclos de presurización y despresurización, similar a cómo calentar y enfriar repetidamente el suelo durante el día y la noche hace que la roca se deforme y luego se agriete.
“(Los materiales) están bajo mucha tensión cuando el tanque se llena con aire a alta presión, y luego se relajan un poco cuando no está lleno de aire a alta presión”, dijo el profesor Garvey.
¿Qué tan eficiente es un sistema de almacenamiento de energía de aire comprimido?
Hydrostor dijo que la planta de Broken Hill tendría una eficiencia general de alrededor del 66 por ciento.
Esto significó que aproximadamente dos tercios de la electricidad utilizada para alimentar los compresores de aire se recuperaron posteriormente como electricidad generada por las turbinas.
Hydrostor dijo que el sistema, que almacenó energía durante ocho horas, tardaría doce horas en recargarse.
Ben Clennell del Dr. CSIRO dice que la energía del aire comprimido es ideal para el almacenamiento de energía a largo plazo. (Suministrado: CSIRO)
Martin dijo que el sistema era más eficiente que el almacenamiento tradicional de aire comprimido porque capturaba el calor y lo almacenaba en tanques en la superficie.
“No se puede hacer pasar aire frío a través de estas turbinas (para generar electricidad). El aire tiene que tener un cierto rango de funcionamiento y temperatura”, dijo.
“Con el aire comprimido tradicional, cuando se reutiliza el aire para producirlo, normalmente se utiliza gas natural. Eso es muy ineficiente porque se está introduciendo… una fuente de combustible fósil”.
“Entonces, al capturar ese calor, almacenarlo y reinyectarlo, se elimina la necesidad de traer otro combustible”.
Sin embargo, según el Dr. Clennell, parte de la energía se perdería en forma de calor.
“Habrá algunas pérdidas en los procesos de transferencia de calor”, afirmó.
“Luego, a medida que el aire se expande, se produce cierta fricción, lo que crea más calor que no se puede recuperar por completo, y así sucesivamente”.
“Por tanto, se producen pérdidas en las máquinas, en las tuberías y en los intercambiadores de calor”.
Los sistemas de aire comprimido no son tan eficientes como los de almacenamiento por bombeo, dijo Graham Nathan, director de investigación del Centro de Investigación Cooperativa de Transición Baja en Carbono de la Industria Pesada (HILT CRC).
“Quiero decir, un 66 por ciento (de eficiencia) es bastante bueno, pero sigue siendo bastante malo. Te gustaría llegar al 95 por ciento, pero por supuesto nunca serías capaz de hacerlo”.
dijo.
¿Por qué almacenar energía con aire comprimido?
Aunque el almacenamiento de energía en aire comprimido es menos eficiente que otras formas de almacenamiento de energía, ofrece algunas ventajas importantes.
Se pueden almacenar grandes volúmenes de aire de forma relativamente económica, afirmó el profesor Nathan.
“Las baterías serían más eficientes, pero serían mucho más caras, y no se podría conseguir algo de ese tamaño sin ser mucho, mucho más caro”, afirmó.
Según el profesor Graham Nathan, almacenar energía mediante aire comprimido es una forma rentable de almacenar grandes cantidades de energía. (Incluido en la entrega: HILT CRC)
El profesor Garvey dijo que el aire comprimido también podría almacenar energía por más tiempo que las baterías de iones de litio.
“Las baterías suelen ser excelentes soluciones de almacenamiento de energía que se descargan durante períodos de tiempo relativamente cortos, como hasta cuatro horas”, dijo.
“(Pero) la mayoría de las acciones que tienen lugar en el almacenamiento de energía… tienen lugar durante un período de tiempo mediano”.
Cuatro horas de almacenamiento de energía son útiles para entregar energía solar almacenada a los hogares por la tarde después del atardecer, pero no son tan útiles para satisfacer la demanda durante la noche y la mañana siguiente.
El almacenamiento de energía de 4 a 12 horas se denomina “duración media”.
Las tecnologías en esta área incluyen el almacenamiento de energía en forma de calor en termobloques o como energía potencial en forma de pesos suspendidos de grúas, o nuevos tipos de tecnologías de baterías que actualmente se están probando, como las baterías de flujo redox de vanadio.
El profesor Garvey lanzó recientemente una Alianza para el almacenamiento de energía a mediano plazo para promover el reconocimiento de que el almacenamiento a mediano plazo es diferente del almacenamiento de energía a corto y largo plazo.
¿Cuánto almacenamiento de energía medio necesita Australia?
Según el CSIRO, Australia necesitará entre 10 y 20 veces más almacenamiento de energía de todo tipo para 2050 para alcanzar su objetivo de cero emisiones netas.
Para 2030, se espera que alrededor de una cuarta parte del almacenamiento de energía sea a mediano plazo, según el Operador del Mercado Energético de Australia, que también predice una fuerte demanda.
Nueva Gales del Sur ha fijado un objetivo de 2 gigavatios de almacenamiento de al menos ocho horas de duración para 2030.
Está a menos de la mitad del camino hacia su destino.
“Consideramos que esto es un elemento muy importante de la futura tecnología de almacenamiento de energía”, afirmó el Dr. Clennell.
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