Almacenar energía y entregarla eficazmente para su uso futuro es una óptima solución. Las tecnologías de almacenamiento de energía ofrecen varias ventajas: mejora de la estabilidad de la calidad de la energía, fiabilidad del suministro eléctrico, etc. En los últimos años, al intensificarse la crisis energética, el almacenamiento de energía se ha convertido en un importante foco de investigación tanto en la industria como en el mundo académico. Existen varios métodos para almacenar energía, como el mecánico, el eléctrico, el químico, el electroquímico y el térmico.
Las tecnologías de almacenamiento de energía serán cruciales en el aumento tanto de la eficiencia como de la disponibilidad de energía renovable. El almacenamiento de energía de aire comprimido (CAES) permite el almacenamiento eficiente y rentable de grandes cantidades de energía, generalmente por encima de 100 MW.
El almacenamiento de energía de aire comprimido (CAES) se basa en el ciclo de la turbina de gas. El excedente de energía se usa para comprimir aire usando un compresor rotativo y luego almacenarlo, a menudo en una cámara subterránea. Cuando se requiere energía, se libera de la cámara y pasa a través de una turbina de aire que genera electricidad a partir del flujo de aire a alta presión. La producción de la planta se puede aumentar quemando gas natural en el aire a alta presión antes de que ingrese a la turbina de aire, como sucedería en una turbina de gas convencional. Sin embargo, esto tiene la penalización de producir emisiones de dióxido de carbono, lo que no ocurre con la planta de almacenamiento simple. Las plantas más avanzadas pueden almacenar calor durante la compresión del aire y liberarlo durante la fase de expansión. Solo se han construido dos plantas comerciales de CAES.
Las plantas de almacenamiento de energía en aire comprimido (CAES) funcionan con motores que accionan compresores, que comprimen el aire para almacenarlo en recipientes adecuados. La energía almacenada en el aire comprimido puede liberarse para accionar un expansor, que a su vez acciona un generador para producir electricidad. En comparación con otras tecnologías de almacenamiento de energía (ES), las plantas CAES tienen una potencia y una capacidad de almacenamiento muy grandes, una baja autodescarga y una larga vida útil. Estos atributos la convierten en el método más prometedor y rentable para los servicios de red de ES a gran escala.
Las plantas CAES convencionales tienen una eficiencia de ida y vuelta relativamente baja; sin embargo, los estudios de investigación sobre conceptos CAES más avanzados, como la CAES adiabática e isotérmica, tratan de mejorarla. El mundo tiene una gran capacidad de almacenamiento de aire comprimido en el subsuelo, lo que significa que la CAES podría proporcionar una cantidad significativa de las futuras necesidades de energía eléctrica del mundo.
China tiene previsto almacenar una cuarta parte del sobrante energético usando aire comprimido y sin usar combustibles fósiles.
La Academia de las Ciencias de China acaba de anunciar la conexión a la red eléctrica del país de un sistema de almacenamiento de energía por aire comprimido de 100 megavatios, según ellos la única con estas características en el mundo. Se trata de una tecnología barata y segura que recoge energía en momentos de poca demanda eléctrica y la vuelca en la red cuando hay necesidad de más. Este tipo de sistemas representará el 10 por ciento de la capacidad de almacenamiento de China en 2025 y se estima que puede llegar hasta el 23 por ciento para 2030.
Problemas actuales del almacenamiento de energía por aire comprimido
Pese a que llevamos casi 50 años utilizando el almacenamiento de energía por aire comprimido, son muchas aún las dificultades que existen a la hora de obtener rendimientos ideales. Y la principal radica en su proceso termodinámico.
En la actualidad, las plantas CAES presentan una gran ineficacia en cuanto a sus rendimientos se refiere. Las pérdidas de energía que se producen al comprimir y descomprimir el aire son del 50 al 60 %. Mientras que otros sistemas como las plantas hidroeléctricas bombeadas tienen pérdidas del 15 al 30 %, o las de baterías químicas del 10 al 30 %.
Estas pérdidas de eficiencia energética son debidas al calentamiento del aire durante su compresión. Ese calor generado es vertido a la atmósfera, por lo que se pierde parte de la energía generada. Por otro lado, en la descompresión el aire se enfría, generándose otra pérdida de energía.
Para solucionar este problema se están estudiando varias vías, desde la utilización de sales para evitar esas pérdidas de calor, hasta el calentamiento del aire inmediatamente antes de la expansión a partir de gas natural.
Aire comprimido para almacenar energía
El primer sistema de Almacenamiento de Energía por Aire Comprimido (CAES) se construyó en 1978 en la central eléctrica alemana de Huntorf, en la región de Baja Sajonia. Esta planta, todavía en funcionamiento, tiene una capacidad anual de 290 MW con una eficiencia de alrededor del 29 por ciento. El sistema recoge el exceso de energía producida durante las horas de menos demanda para comprimir y enfriar el aire y luego lo almacena en una cueva de sal. Cuando hay un pico de consumo energético, la central quema gas natural para calentar el aire comprimido, que luego se expande y empuja las turbinas de los generadores de energía.
Los CAES han ido evolucionando desde aquel primer diseño y ahora utilizan otros sistemas más allá de la sal para conservar el aire comprimido y el gas natural para calentar el aire. Ahora estos sistemas de almacenamiento han experimentado un renacer desde que los países han decidido cambiar los combustibles fósiles por energías renovables. Las fuentes de energía eólica o solar tienen el problema de que no siempre pueden producir energía y esos periodos de intermitencia hay que suplirlos con energía almacenada. Los sistemas CAES son fácilmente ampliables, baratos y se pueden instalar fácilmente en cualquier sitio, algo que les pone en ventaja frente a los caros sistemas de baterías o el almacenamiento hidroeléctrico, que tiene que instalarse cerca de una fuente de agua.
La nueva CAES de 100 megavatios que está desarrollando el Instituto de Ingeniería Termofísica (IET) de la Academia China de Ciencias en Zhangjiakou, al norte de China, puede generar más de 132 millones de kilovatios hora de electricidad al año. Esto sería suficiente, dicen sus creadores, para proporcionar electricidad a unos 60.000 hogares durante los picos de consumo eléctrico. Y ahorrar 42.000 toneladas de carbón estándar y reducir las emisiones de dióxido de carbono en 109.000 toneladas anuales, según el IET.
“La finalización de la planta de Zhangjiakou es un hito importante, ya que la instalación es un proyecto de demostración nacional que puede servir de referencia para otros proyectos de CAES en China”, asegura el director del IET, Xu Yujie.
La apuesta de China por los CAES
Aunque países como EEUU y Alemania cuentan con este tipo de tecnología desde hace mucho tiempo, es China la que está apostando ahora de manera decidida por un tipo de CAES que según ellos no necesita de los combustibles fósiles para calentar el aire comprimido. De hecho, aseguran que también son capaces de reciclar el calor creado durante la fase de compresión del aire.
Como apunta Asia Times, un reciente informe de la consultora china Tianfeng Securities asegura que en este momento al menos nueve plantas CAES han comenzado a construirse o a funcionar con una capacidad total de 682,5 megavatios. Solo dos de estas plantas utilizan cuevas de sal para almacenar el aire comprimido, mientras que el resto lo haría en contenedores. El informe también dice que hay planeados otros 19 proyectos de CAES con una capacidad combinada de 5,38 GW.
Con esto se estima que los CAES chinos alcanzarán una capacidad de 6,76 gigavatios en 2025 y de 43,15 gigavatios para 2030. Representando así el 10 por ciento de todo el almacenamiento de energía de China para 2025 y el 23 por ciento en 2030. Eso si consiguen cumplir el plan que tienen trazado, porque todavía está por ver si son capaces de superar todos los retos técnicos que todavía acechan a esta tecnología.
Sun Siyang, investigador del Instituto de Investigación Energética de la Red Eléctrica del Sur de China, apunta a dos posibles problemas. Por un lado dice que los CAES sin combustión todavía tienen problemas con sus compresores centrífugos. Además, según el investigador, los inversores privados siguen siendo reacios a apostar por este sector, por lo menos hasta que el gobierno central no aclare la normativa con respecto a los CAES y su precio final.
