Los tanques submarinos ponen patas arriba el almacenamiento de energía

Nov 28, 2023

El almacenamiento hidráulico por bombeo es una de las tecnologías de almacenamiento en red más antiguas y también una de las más utilizadas. El concepto es simple: usar el exceso de energía para bombear una gran cantidad de agua hacia arriba y luego hacerla pasar por una turbina cuando quieras recuperar la energía más tarde.

Con el aumento de los despliegues de energía renovable en todo el mundo, hay mucho interés en encontrar formas de almacenar energía a partir de estas fuentes a menudo intermitentes. La hidroeléctrica de bombeo tradicional puede ayudar, pero hay una cantidad limitada de tierra adecuada para trabajar.

Sin embargo, podría haber una solución y se esconde en lo profundo de las olas. Sí, ¡estamos hablando de almacenamiento hidráulico por bombeo submarino!

El concepto básico de un sistema de almacenamiento de agua por bombeo submarino no es diferente del de su primo terrestre. La diferencia está en los detalles de cómo se genera electricidad bombeando agua cuando ya estás bajo el mar.

La idea general es tener una embarcación cerrada asentada en el fondo del mar. Luego, la energía excedente se utiliza para bombear agua fuera de este recipiente, dejando el interior casi al vacío. Cuando se desea recuperar energía del sistema, se puede permitir que el agua regrese al recipiente bajo la presión generada por el agua de mar de arriba. A medida que se llena el recipiente, el agua que fluye hace girar una turbina, generando electricidad de la misma manera que un sistema hidráulico de bombeo tradicional.

La utilidad de tal diseño puede no ser obvia al principio. Sin embargo, un sistema de este tipo tiene varios beneficios. El principal de ellos es que dichos sistemas pueden ubicarse fácilmente en parques eólicos marinos, apreciados por su generación de energía, pero con producción esporádica. Funcionar bajo el agua también permite que el sistema aproveche la gran presión ejercida por el mar arriba. Por cada 10 metros de profundidad, la presión aumenta aproximadamente una atmósfera (1 bar), y con un sistema diseñado para operar con recipientes casi al vacío cuando están completamente “cargados”, hay un enorme diferencial que aprovechar. Algunos diseños proponen operar a presiones superiores a 75 bar. Se espera que la eficiencia de dichos sistemas se sitúe en torno al 70-80%, aproximadamente lo mismo que el almacenamiento hidráulico por bombeo tradicional.

El diseño submarino también elimina el problema de la evaporación, que agota el agua y, por tanto, la energía de los embalses hidráulicos bombeados. La instalación también es fácilmente escalable. Cada depósito submarino sólo necesita una conexión eléctrica a la red, y nada más. Simplemente instalar más depósitos bajo el agua con la infraestructura eléctrica adecuada aumentará fácilmente la capacidad de dicha instalación.

También existe la simple ventaja de que no hay necesidad de encontrar grandes montañas o valles para construir embalses, y no hay riesgo de que esos embalses exploten y destruyan ciudades locales en el área circundante. En cambio, áreas del fondo marino rara vez utilizadas están fácilmente disponibles, con muy pocos desarrollos de viviendas o negocios existentes allí que frustren el proceso de aprobación de construcciones.

El esfuerzo más notable en esta área es el proyecto Stored Energy at Sea, también conocido como StEnSea para abreviar. La idea básica, idea original del Dr. Horst Schmidt-Böcking y el Dr. Gerhard Luther en 2011, condujo a un gran concepto de esferas de 30 metros de diámetro en el fondo del océano. Estos estarían completos con bombas de turbina integradas para vaciarlos de agua y al mismo tiempo generarían electricidad a medida que regresa.

En 2016 se llevó a cabo una prueba a escala 1:10 del concepto a escala real. Esto implicó la construcción de una esfera de hormigón de 3 m de diámetro, que serviría como recipiente de almacenamiento principal. Hundido a una profundidad de 100 metros en el lago Constanza, Alemania, el barco fue probado exhaustivamente durante cuatro semanas para determinar la viabilidad del almacenamiento hidroeléctrico por bombeo submarino. La prueba fue exitosa en general, y el equipo de ingeniería pudo operar la esfera, almacenar energía y recuperarla más tarde.

Los resultados del estudio, combinados con otras investigaciones, indicaron al equipo que la idea era factible a profundidades de alrededor de 700 metros. Las presiones a esta profundidad son del orden de 70 bar y sirven para ayudar al sistema a generar grandes cantidades de energía sin dejar de permanecer en una zona segura en lo que respecta a la resistencia del material y la practicidad de la instalación. Se espera que a esta profundidad, una sola esfera pueda almacenar 20 MWh de electricidad, combinada con una turbina capaz de generar 5 MW durante un tiempo de descarga de cuatro horas.

Con múltiples esferas agrupadas en una instalación en alta mar, los costos de almacenamiento estimados cuando estén en funcionamiento se reducirían a unos pocos centavos por kWh, probablemente más baratos que soluciones de aire comprimido comparables, con costos de construcción de entre $ 1300 y $ 1600 por kW. de potencia de salida. Sin embargo, la viabilidad financiera real de tal operación depende del precio de arbitraje de la energía en el mercado; Un estudio sugiere que un sistema de 80 esferas gigantes de este tipo, que funcionen con una potencia combinada de 400 MW, sería viable por un precio de entre 4 y 20 céntimos de euro por kWh.

También existen otros esfuerzos. Tanto el MIT como una startup conocida como Subhidro también han explorado la idea, basada de manera similar en torno a esferas huecas de hormigón en el fondo del océano. Las cifras a las que llegaron estos equipos en cuanto a profundidades, eficiencias y potencia de salida están dentro del rango de las citadas por StEnSea, lo que sugiere que la ingeniería básica detrás del concepto es sólida.

Mientras tanto, una nueva empresa holandesa llamada Ocean Grazer está explorando una variante del concepto StEnSea. En lugar de esferas gigantes, como recipiente a presión se utilizará un tubo de hormigón enterrado en el fondo del mar. Además, en lugar de bombear agua desde el barco hacia mar abierto, bombeará su agua a una vejiga sellada. Esto aún permite que el sistema aproveche el diferencial de presión en el fondo marino, pero elimina posibles problemas de contaminación de una bomba por flora y fauna marina, ya que funciona como un sistema sellado. Ocean Grazer se ha centrado en el diseño después de haber explorado en el pasado otras tecnologías de energía renovable, como la generación de energía de las olas. La empresa espera que un depósito con una capacidad de 20 millones de litros de agua pueda almacenar hasta 10 MWh de energía.

El proyecto Ocean Grazer, que ganó un premio en CES 2022, quizás esté recibiendo la mayor prensa en este momento sobre hidrobombeo submarino. A pesar de esto, y de otros proyectos que han fracasado durante la última década, la tecnología todavía vive en gran medida en el papel y una instalación a gran escala parece estar muy lejos. De todos modos, los fundamentos están ahí, por lo que si el almacenamiento de energía de repente se vuelve más importante o, seamos honestos, mucho más rentable, gran parte de la ingeniería básica requerida ya se ha realizado. ¡Implementar una instalación importante puede requerir que se den las condiciones económicas adecuadas en tan sólo unos pocos años!