Almacenamiento de energía por gravedad

Con el aumento del porcentaje de energías renovables conectadas a red, cada vez es más importante tener en cuenta el almacenamiento. De esta forma podemos guardar la energía en los momentos con exceso de generación renovable y usarla cuando la energía solar o la energía eólica no generan suficiente.

Así evitamos utilizar combustibles fósiles en estos comentos y conseguimos reducir las emisiones de CO2 y conseguimos avanzar en la transición energética tan deseada.

Hay distintas formas de almacenamiento como el electroquímico, el químico, el térmico y el mecánico. Ejemplos de los tres primeros serían las baterías, el hidrógeno verde y las sales fundidas, por ejemplo.

En cuanto al almacenamiento mecánico, éste es en forma de energía cinética o de energía potencial. La cinética es la debida al movimiento y tendríamos como ejemplo los volantes de inercia. La energía potencial es la debida a la gravedad terrestre, y ésta va a ser el objeto de esta entrada.

¿Qué es el almacenamiento por gravedad?

El almacenamiento de energía por gravedad consiste en aprovechar la diferencia de energía potencial que hay entre dos puntos a distinta altura por causa del campo gravitatorio.

Hay distintas formas de almacenamiento por gravedad, algunas más convencionales y otras en fase de estudio y desarrollo. En todos ellos se utiliza la energía eléctrica para aumentar la altura de una determinada masa y después un tipo de generador de electricidad para cuando esa masa vuelta a su altura original.

Vamos a ver las distintas tecnologías que tenemos actualmente para el almacenamiento de energía por gravedad, la mayoría de la mano de empresas con diferentes propuestas.

Almacenamiento por bombeo hidráulico

El almacenamiento por bombeo hidráulico consiste en bombear agua desde un embalse inferior o un río hacia un embalse superior. Esto se realizaría normalmente en momentos donde la electricidad es muy barata, que coincide con los momentos de mayor generación solar y generación eólica.

Cuando la generación de la red disminuye y el consumo aumenta, el agua del embalse superior se turbina hacia el embalse inferior y se genera electricidad. En esta situación la energía se paga a un precio mucho mayor que el que ha costado bombear anteriormente.

Además de este bombeo, tenemos también el aporte de energía que se produce cuando llueve, por lo que en estos casos no es necesario recurrir a tanto bombeo y se puede aprovechar el agua de la lluvia.

El inconveniente de esta tecnología es el uso que se hace del agua dulce, que podría aprovecharse para otros fines, y la evaporación del agua que se produce durante las horas de sol, aunque no es una pérdida de energía significativa.

Energy Vault

Energy Vault es una empresa dedicada a las energías renovables que tiene una gama de tecnologías para el almacenamiento de energía de larga duración.

Su Energy Vault® EVx™ utiliza complejo proceso mecánico para levantar y bajar grandes bloques de hormigón por medio de la energía eléctrica.

En el siguiente video podéis ver una simulación que ofrece la empresa con su tecnología. La torre requeriría unos 5000 bloques de hormigón que se irían apilando y descargando hasta alcanzar su máxima altura.

Gravitricity

La tecnología de Gravitricity propone un almacenamiento por gravedad subterráneo. La forma de funcionamiento es similar a la que hemos visto anteriormente con la torre pero esta vez con un canal subterráneo y un solo bloque.

La tecnología de almacenamiento por gravedad de Gravitricity permite una respuesta instantánea ante eventos de red.

Aseguran sistemas de almacenamiento de entre 1 y 20 MW. Mientras que la tecnología de Energy Vault propone un almacenamiento para más de 4 horas y con una capacidad considerable, la de Gravitricity está pensada más para el soporte de red.

Esto se debe a que la potencia es limitada y que puede aportar generación con un tiempo de respuesta muy corto, por lo que aportaría a la inercia de la red, evitando variaciones bruscas en la frecuencia de la red eléctrica.

Gravity Power

En el caso de la compañía Gravity Power la tecnología que proponen consiste en un pozo subterráneo similar al de Gravitricity, solo que este se rellena de agua y tiene un pistón que cuando desciende desplaza el agua y se genera energía con una turbina.

Para almacenar energía se utiliza una bomba alimentada por la red para hacer ascender de nuevo el pistón. Dicen ser capaces de almacenar una energía de hasta 3,2 GWh con una potencia de entre 200 y 800 MW.

Esta cantidad de energía, junto con la durabilidad del sistema y unos costes no muy elevados prometen un LCOS de los más bajos del mercado.

ARES

La tecnología de almacenamiento propuesta por ARES consiste en utilizar cargas sobre raíles. Se trata de una tecnología simple y bien desarrollada a lo largo de los años en las minas. De hecho, se propone aprovechar las minas abandonadas para implementarla.

Mediante unos motores eléctricos se elevan las cargas a un punto más elevado, almacenando así energía potencial. Posteriormente, se deja caer la carga por el raíl y se genera electricidad con ello.

Con esta tecnología prometen una vida útil de más de 40 años con baja degradación y estaría pensado principalmente para soporte de red, dado que tienen una respuesta rápida y no ofrecen una gran potencia ni capacidad de almacenamiento.

La tecnología de ARES propone aprovechar con yacimientos mineros abandonados para instalar una serie de raíles y cargas a distintos niveles para almacenar energía gravitatoria.

UGES

Los sistemas de almacenamiento UGES son aquellos con los que se almacena energía mediante sistemas subterráneos y aprovechando la gravedad. Las siglas significan Almacenamiento Subterráneo de Energía Gravitatoria (Underground Gravity Energy Storage en inglés).

Dentro de este tipo de tecnologías se encontraría otras como la de ARES, Gravity Power y Gravitricity y cualquier otra tecnología que cumpla con estas características.

Un ejemplo es el propuesto en este paper en el que se propone utilizar arena y distintos niveles para almacenar ésta.

Muchas de las tecnologías de almacenamiento por gravedad tienen su propuesta con instalaciones subterráneas. Estas son las llamadas UGES.

Cuando la arena se encuentra en la superficie tendríamos energía almacenada y la dejaríamos caer a distintas cavidades para generar electricidad mediante generadores. Para almacenarla de nuevo, se subirían a cavidades superiores mediante motores.

Ventajas y desventajas de las baterías por gravedad

Las principales ventajas de las tecnologías de almacenamiento de energía por gravedad son las siguientes:

LCOS competitivo. El LCOS viene del inglés Levelized Cost of Storage y viene a significar el coste de cada unidad de energía de una determinada tecnología de almacenamiento cuando se descarga. Esto teniendo en cuenta los costes de inversión y mantenimiento, si considerar el gasto que tiene almacenar esa energía.

Soporte de red. Tecnologías como la de Gravitricity tienen gran capacidad de dar soporte a eventos de frecuencia por un coste muy competitivo.

Promueve la economía local. Estas tecnologías no requieren tierras raras ni materias primas exóticas ni en manos de terceros países, como sí pasa con las baterías de litio.

Alta durabilidad. La mayoría de empresas que promueven estas tecnologías aseguran 25 años de funcionamiento sin degradación y más de 40 años sin apenas pérdida de rendimiento.

En cuanto a las desventajas, podríamos destacar:

Pérdida de competitividad. Pese que actualmente pueden ser competitivas frente a otras tecnologías, es difícil que sus costes desciendan mucho a lo largo de los años. Esto puede hacer que pierda competitividad frente a otras tecnologías cuyo coste se va reduciendo con los años por economía de escala.

Poca versatilidad. Las tecnologías como las que hemos visto tienen un tamaño considerable y el tiempo de respuesta no es muy rápido si ya queremos almacenar una energía considerable.

Aplicaciones muy concretas. Relacionado con el punto anterior, estas instalaciones por el momento sirven para resolver un problema concreto: soporte de red, almacenamiento de larga duración…Pero no hay ninguna que ofrezca una amplia gama de soluciones como sí hacen las baterías.