En la actualidad, los investigadores están buscando soluciones innovadoras para superar uno de los mayores desafíos de las energías renovables: el almacenamiento eficiente de energía. Entre las propuestas más prometedoras se encuentra el almacenamiento de aire comprimido para generar electricidad (CAES), una tecnología que podría funcionar como una especie de batería gigante para almacenar el exceso de energía generada por fuentes renovables como el viento y el sol.
Este tipo de almacenamiento de energía utiliza el aire comprimido como medio principal para guardar el excedente de energía para su uso posterior durante los picos de demanda o cuando las energías renovables no están generando electricidad. Bajo este concepto, se pueden comprimir grandes cantidades de aire y almacenarlas en cavidades subterráneas o tanques, para luego liberarse y utilizarse para generar electricidad cuando sea necesario.
El proyecto RICAS 2020
El proyecto europeo llamado RICAS 2020 tiene como objetivo explorar el uso de cavernas subterráneas selladas para almacenar aire comprimido, aprovechando infraestructuras ya existentes en varias partes del mundo, como minas abandonadas o cavidades naturales. Estas cavernas, según los científicos detrás del proyecto, ofrecen un entorno perfecto para almacenar grandes volúmenes de aire a alta presión.
La idea clave de RICAS 2020 es aprovechar los momentos en que la energía renovable excede la demanda. Por ejemplo, cuando hay picos de generación de energía solar o eólica que, de otra manera, podrían desperdiciarse. Durante esos momentos de excedente energético, se utiliza la energía sobrante para comprimir aire y almacenarlo en las cavernas selladas. Luego, cuando el sistema necesita generar electricidad, el aire comprimido se libera y pasa a través de una turbina para generar electricidad.
El problema del almacenamiento en energías renovables
Uno de los retos clave a resolver en las energías renovables es que, a diferencia de las fuentes de energía convencional, su generación es intermitente. El viento no siempre sopla y el sol no siempre está brillando, lo que significa que hay momentos en los que no se produce suficiente energía renovable para satisfacer la demanda.
Este problema está parcialmente resuelto en el caso de la energía solar fotovoltaica gracias a los avances en baterías, pero el almacenamiento de energía eólica sigue siendo un desafío sin una solución clara. Aquí es donde entra en juego el almacenamiento de aire comprimido, que ofrece una alternativa para almacenar energía eólica cuando no hay una demanda inmediata de electricidad.
Este tipo de tecnología tiene una importancia creciente en el panorama energético mundial, ya que se espera que la demanda global de almacenamiento de energía aumente significativamente a medida que las redes buscan integrar más energías renovables. La necesidad de soluciones de almacenamiento efectivas y escalables no ha hecho más que aumentar, lo que hace que proyectos como RICAS 2020 hayan recibido una atención considerable.
La eficiencia del almacenamiento hidroeléctrico por bombeo
Hasta el momento, el almacenamiento hidroeléctrico por bombeo ha sido una de las soluciones más ampliamente utilizadas para el almacenamiento de energía a gran escala. Este sistema funciona bombeando agua desde un embalse inferior a uno superior durante las horas de baja demanda, para luego liberar el agua a través de turbinas cuando hay un pico en la demanda.
Una de las principales desventajas de este sistema es que sólo es factible en regiones montañosas, lo que limita su aplicación en países que no pueden utilizar el almacenamiento hidroeléctrico debido a su geografía. Es el caso de muchos países que no cuentan con las condiciones topográficas necesarias, algo que no ocurre con el sistema de almacenenamiento de aire.
Funcionamiento del sistema de aire comprimido
El almacenamiento de aire comprimido (CAES) opera de manera relativamente simple. Durante los períodos de baja demanda energética, el aire se comprime y se almacena en cavernas subterráneas o recipientes presurizados. Cuando se necesita generar electricidad, el aire almacenado se libera y se expande a través de turbinas para generar energía eléctrica.
Este sistema es similar en concepto a algo tan cotidiano como una bomba de bicicleta. Cuando se bombea aire dentro de la llanta, la presión aumenta y, cuando se libera, la energía almacenada en el aire comprimido se transforma en energía cinética, impulsando la bicicleta hacia adelante.
En el caso del almacenamiento de energía, la electricidad sobrante de fuentes renovables se emplea para comprimir aire, el cual se almacena bajo tierra. Cuando se necesita esa energía de nuevo, el aire se libera a través de una turbina de gas para generar electricidad. Durante este proceso de compresión, se genera una gran cantidad de calor, lo que presenta problemas de eficiencia que han sido objeto de investigación.
Problemas de eficiencia en los sistemas actuales
En la actualidad, los mayores sistemas de almacenamiento de aire comprimido se encuentran en Estados Unidos y Alemania. Estos sistemas utilizan formaciones salinas subterráneas para almacenar enormes volúmenes de aire bajo presión. Sin embargo, presentan un inconveniente importante: pierden gran cantidad de energía en forma de calor durante la compresión del aire.
El problema es que estos sistemas no están equipados con tecnologías eficientes para conservar el calor generado durante el proceso de compresión. Esto lleva a que una proporción significativa de la energía potencial almacenada se pierda, reduciendo la eficiencia general del sistema.
Soluciones para mejorar la eficiencia mediante RICAS 2020
El proyecto RICAS 2020 ha propuesto una solución innovadora para mejorar la eficiencia de los sistemas de almacenamiento de aire comprimido. La clave está en almacenar el calor generado durante la compresión para reducir las pérdidas energéticas.
La innovación consiste en hacer pasar el aire comprimido caliente por una caverna separada llena de roca triturada. Las rocas absorben el calor generado durante la compresión y lo retienen. Cuando el aire comprimido se utiliza para generar electricidad, primero pasa nuevamente por las rocas, lo que le permite recuperar el calor y aumentar la eficiencia del sistema.
Con esta mejora, los ingenieros de RICAS 2020 estiman que es posible aumentar la eficiencia total de los sistemas de almacenamiento hasta un 70-80%, una mejora significativa en comparación con los actuales sistemas que solo alcanzan un 45-55% de eficiencia.
Otros sistemas de almacenamiento de CAES
Existen varios tipos de sistemas CAES que se diferencian principalmente en cómo gestionan el calor generado durante la compresión del aire:
- CAES adiabático: Este tipo de sistema almacena el calor generado durante la compresión del aire y lo utiliza posteriormente para calentar el aire cuando se expande en la turbina. Esto aumenta significativamente la eficiencia del sistema.
- CAES diabático: En lugar de almacenar el calor, el sistema diabático lo disipa como producto residual. Cuando se necesita liberar el aire, este debe calentarse con fuentes externas (por ejemplo, gas natural), lo que disminuye la eficiencia.
- CAES isotermo: Es teóricamente el sistema más eficiente, ya que tanto la compresión como la expansión del aire se realizan a temperatura constante. No obstante, la tecnología para lograr un sistema isotermo completamente eficiente aún no está desarrollada.
Capacidades de almacenamiento y casos reales
Actualmente, hay dos grandes plantas de almacenamiento de energía mediante aire comprimido que funcionan comercialmente:
- Huntorf, Alemania: Fue la primera planta en utilizar tecnología CAES a escala comercial. Tiene una capacidad de 321 MW y ha demostrado ser eficaz al gestionar la variabilidad en la generación de energía eólica.
- McIntosh, Estados Unidos: En operación desde 1991, tiene una capacidad de 110 MW. Utiliza un recuperador para precalentar el aire comprimido antes de la expansión, utilizando gas natural como fuente de energía adicional para mejorar la eficiencia.
Ambas plantas requieren gas natural para generar el calor necesario durante la expansión del aire comprimido. Aunque son sostenibles desde el punto de vista energético, se sigue investigando para encontrar alternativas que no dependan de combustibles fósiles.
Potencial de CAES en el futuro
A medida que los países buscan una mayor penetración de las energías renovables, el almacenamiento de energía mediante aire comprimido podría desempeñar un papel clave. Con innovaciones como las propuestas por RICAS 2020, el CAES podría convertirse en una opción viable y eficiente para almacenar grandes cantidades de energía a bajo costo.
El uso de cavernas subterráneas, una mayor eficiencia en la retención de calor, y la capacidad de utilizar tecnologías ya existentes para nuevas aplicaciones hacen que el almacenamiento de aire comprimido sea una tecnología con gran potencial en los próximos años. La sostenibilidad y la mejora de la eficiencia energética pueden marcar la diferencia en cómo gestionamos la energía en el futuro.
Con esta tecnología en continua evolución, es posible que pronto veamos avances que permitan superar los desafíos actuales en el almacenamiento de energía renovable, garantizando así un suministro estable y sostenible de energía para las próximas generaciones.
Pero porqué no adaptan el sistema para uso domiciliario, a pequeña escala?
Es más económico almacenar el excedente de una instalación fotovoltaica particular con aire comprimido que hacerlo mediante baterías. Y bastaría con un compresor-generador y un tubo de depósito de 200 bares.