Uno de los grandes problemas de la energía renovable es la dificultad de almacenar su energía sobrante y ver cómo se desaprovechan miles de megavatios que no pueden ser reutilizados. Es lo que sucedió hace pocos meses en una zona de bajas presiones llamada Theresa que, debido a una enorme tormenta, fue capaz de generar más de 31.000 megavatios de electricidad. Sin embargo, esta cantidad ingente de energía no se pudo aprovechar en su totalidad debido a la falta de sistemas de almacenamiento eficientes y asequibles.
Con el objetivo de cambiar esta frustrante situación, Siemens está desarrollando en colaboración con la Universidad de Tecnología de Hamburgo y la compañía local de energía, Hamburg Energie, un nuevo sistema de almacenamiento denominado Future Energy Solution (FES) capaz de almacenar el exceso de energía generada de los parques eólicos durante varias horas o incluso durante un día entero. Esta solución además se integra dentro del proyecto Sistemas Energéticos del Futuro, creado por el ministro de Economía alemán con el fin de ayudar a resolver el problema de cómo almacenar de forma asequible la energía generada por turbinas eólicas cuando no sea necesaria o no pueda ser transmitida por sobrecargas de potencia.
Sencilla técnica de almacenamiento con piedras naturales
Esta tecnología ya se está probando en una fábrica a pequeña escala en Hamburgo que es la esencia de la simplicidad técnica. En primer lugar, esta planta convierte el superávit de energía en calor, que es soplado hacia un compartimento aislado con piedras en su interior. Estas rocas se calientan hasta alcanzar una temperatura superior 600 grados Celsius. Una vez almacenado en calor, si hay un aumento de la demanda de energía, las rocas calientan un flujo de aire que se conduce a un ciclo de vapor para generar electricidad nueva. Este sencillo diseño utiliza piedras naturales, es rentable y puede ser usado potencialmente como un complemento a los sistemas de almacenamiento ya existentes.
En el desarrollo de este nuevo sistema, Siemens Corporate Technology (CT) está jugando un importante papel para la optimización de todo el concepto de FES. Desde 2006, Siemens Corporate Technology lo ha puesto en marcha como una planta experimental en el campus de Siemens en Erlangen, donde los expertos están ahora investigando el fenómeno de transmisión de calor en contenedores llenos de piedras. "El sistema termal de almacenamiento es la pieza central de la planta de Hamburgo", manifiesta Vladimir Danov, el director de proyecto de Siemens CT. "Es muy importante que entendamos el fenómeno de transmisión de calor en los sistemas de almacenamiento para poder incrementar su eficiencia global y poder construir una central de energía a gran escala", añade.
La planta a pequeña escala de Hamburgo está situada en un contenedor de aproximadamente 5 metros de longitud. Además de las piedras, cuenta también con alrededor de 13.000 bolas de cerámica. "La ventaja de utilizar bolas de cerámica es que todas tienen el mismo tamaño y forma, lo que hace más fácil calcular el proceso de transmisión de calor dentro del compartimento", dice Danov. "Sin embargo, nosotros solo utilizaremos bolas de cerámica para esta fase experimental. El próximo paso, lo realizaremos con piedras naturales para poder estudiar cómo influyen las formas irregulares y los distintos materiales en el transporte del calor".
Las bolas cerámicas no se pueden utilizar en una planta de tamaño real porque son demasiado caras. Los investigadores están actualmente buscando los mejores tipos de piedras para la instalación y ya han seleccionado varios tipos. Y es que cuanto mayor sea la estabilidad térmica de las piedras, más duradero y eficiente será el sistema de almacenamiento.
Pero independientemente de las piedras o bolas utilizadas, el mayor reto es cómo medir los procesos de transporte del calor dentro del contenedor. Con el objetivo de obtener resultados lo más detallados posibles, los investigadores han instalado cerca de 50 termopares en el sistema de almacenamiento. Estos sensores miden la temperatura en una gran variedad de puntos del recipiente, así como los volúmenes de flujo de aire y gradientes de presión. "Los descubrimientos que hagamos facilitarán más la labor a la hora de construir la planta en tamaño real en el futuro", comenta Jochen Schäfer, director de Sistemas de Energía distribuida y del Grupo de Investigación de Conversión del Calor en CT.
Sin embargo, antes de que el concepto de FES se pueda extender, los investigadores quieren construir una planta a tamaño real, incluyendo la tecnología de convertir el calor en electricidad. En los prototipos de Hamburgo y Erlangen falta esta tecnología porque hasta la fecha sólo se han estado examinando el flujo de calor a través de las piedras. A principios de 2018, se construirá en Hamburgo una fábrica que incluya tanto el sistema de almacenamiento de la energía eólica sobrante como la tecnología capaz de convertir el calor almacenado en electricidad. Aunque se estima que una planta de este tipo tenga un 25% de eficiencia, se calcula que una planta a gran escala con una producción de más de 100 megavatios puede contar con una eficiencia de hasta un 50%.
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