Consultor de Telecomunicaciones y Electricidad (CTE): Los desafíos de las energías renovables

miércoles, 1 de octubre de 2014

Los desafíos de las energías renovables – 2da Parte

Hemos visto en la 1ra Parte de esta nota una de las formas de almacenar energía eléctrica renovable produciendo hidrógeno, mediante la electrólisis del agua. Veremos ahora otras formas de almacenar energía renovable en los períodos de tiempo en que tenemos mucha oferta y poca demanda, para suministrarla en los períodos de alta demanda.

Centrales hidroeléctricas de bombeo

Las centrales hidroeléctricas de bombeo cuentan con dos embalses de agua: el superior y el inferior. Las turbinas están ubicadas a una altura intermedia entre ambos embalses, de modo que el caudal de agua que estas utilizan para generar la electricidad proviene del embalse más elevado, o sea del superior. El agua, despues de ser turbinada, se deposita en el embalse inferior. La energía eléctrica producida por las turbinas es entregada a la red. El proceso mencionado tiene lugar durante las horas pico, o sea cuando la demanda sobre la red es máxima. (Fig.1)

Fig.1- Central de bombeo generando en horas pico

Durante el día

Durante la noche, en las horas del valle de demanda sobre la red, cuando la demanda sobre la red es mínima, las bombas de la central son alimentadas por la red y bombean el agua acumulada en el embalse inferior, durante el proceso mencionado anteriormente, hacia el embalse superior.

Las centrales de bombeo que no tienen aportes de agua significativos en el embalse superior, provenientes de un río u otra fuente externa, se llaman centrales de bombeo puro. En otro caso, se denominan centrales mixtas de bombeo.

Fig.2 – Central de bombeo bombeando agua desde

el embalse inferior hacia el superior, durante la noche,

almacenándola para usarla durante las horas pico

Las centrales de bombeo puro no se consideran una fuente de energía, ya que en general gastan más energía de la red mediante el bombeo, que la que le aportan a ella durante las horas pico, no obstante la energía que ellas consumen durante el valle nocturno de demanda es más barata que la que producen en las horas pico. Y gastan más energía que la que producen, porque la eficiencia de las bombas, turbinas, generadores, etc, no es 100%, sino mucho menor (70% en total). Estas pérdidas se ven compensadas en parte por el aporte que haga el caudal del río. Pero, por ejemplo, en la Central de bombeo Río Grande, de la Provincia de Córdoba, en Argentina, el aporte del río es de sólo el 15% del caudal turbinado. En este caso la energía gastada por el bombeo es 1.180GWh/año y la generación media de la central 980GWh/año. Se gastan en esta central de bombeo: 1.180 – 980=200GWh/año.

Las turbinas y las bombas suelen ser el mismo equipo, es decir son reversibles, como es el caso de la Central Río Grande mencionada. Para la función de bombeo, las turbinas funcionan como bombas y los generadores como motores.

De no haberse construído esta central de bombeo, se deberían haber sobredimensionado otras centrales que aportan a la red para afrontar la demanda de las horas pico.

La energía eléctrica que usa la central de bombeo proviene de la red, donde en general habrá centrales de energía renovable y no renovable que la provean.

Cuando la red eléctrica es reemplazada por un parque eólico, decimos que estamos en presencia de una central hidro-eólica. En este caso, que lo encontramos en la Central hidro-eólica de la isla de El Hierro, en las Canarias, España, estamos en presencia de un proceso totalmente renovable donde, a pesar de no existir un río, se tiene una central hidroeléctrica generando energía. El embalse superior es alimentado por agua de mar desalinizada, suministrada por las bombas alimentadas por el parque eólico. En este caso se puede decir que realmente estaremos almacenando energía renovable. Un mecanismo similar se podría utilizar para almacenar energía solar bombeando durante el día y turbinando durante la noche, cuando no hay sol.
Ingresando al siguiente link, Ud podrá ver sobre un mapa interactivo de Sandia National Laboratories la ubicación de todas las centrales de bombeo de todos los países del mundo y sus características técnicas: http://ow.ly/CcuUZ

Fig.3 – Central hidroeléctrica de bombeo. Fuente Unesa

La batería del MIT (Massachusetts Institute of Technology)

Fig. 4 – Profesor Donald Sadoway

Desde hace varios años, el profesor canadiense Donald Sadoway, profesor de Química de los materiales del MIT y su equipo, vienen experimentando para tratar de lograr una batería gigante, pero que sea barata, para lo cual deben utilizar materiales abundantes en la naturaleza. El objetivo, declarado hasta el cansancio por Sadoway, es utilizarla para almacenar energía proveniente de los parques eólicos y solares, para que no haya necesidad de consumir la energía en el mismo momento en que se está generando. El objetivo es fabricar una batería con precio menor a USD 500 por cada KWh que sea capaz de almacenar.

La batería consta de dos electrodos de metal líquido y un electrolito de sales fundidas. El electrodo de metal líquido de baja densidad en la parte superior (magnesio-Mg) y el de alta densidad (antimonio-Sb) en la parte inferior y sal fundida en el medio. En la descarga de la batería, para producir corriente sobre la carga, cada átomo de magnesio pierde dos electrones, convirtiéndose en iones de magnesio, que luego emigran a través del electrolito hacia el antimonio, aceptando dos electrones de él, formando entre ambos una aleación (Sb-Mg). En la carga de la batería, conectando una fuente eléctrica se invierte el sentido de la corriente, lo que obliga al Mg a separarse y regresar al electrodo superior a través del electrolito, restaurando la condición inicial de la batería. La corriente que pasa entre los electrodos, a través del electrolito, genera suficiente calor como para mantener la temperatura constante.

El problema es que esta batería, tal como la hemos descripto, funciona a 700ºC, para poder mantener sus componentes en estado líquido.

Recientemente habrían logrado bajar esa temperatura a unos 450 a 500ºC, mediante el reemplazo del electrodo superior por litio y el inferior por una aleación de antimonio y plomo. Además, según las pruebas que habrían realizado, la batería lograría mantener el 85% de su capacidad inicial después de 10 años de sucesivas cargas y descargas diarias. Según Sadoway, la eficiencia de su batería igualaría a la de las plantas de bombeo (70%). También anunció que seguirán investigando nuevas aleaciones para sus electros líquidos. Para seguir avanzando él fundó una empresa, que llamó Ambri.