Almacenaxe gravitacional

Últimamente estase empezando a dar este nome a sistemas de almacenaxe enerxético basados en empregar os excedentes de enerxía para elevar una determinada masa, e recuperala máis tarde devolvendo esta á súa posición inicial. En realidade, este é tamén o principio da enerxía hidráulica e das centrais de bombeo, nas que esa masa consiste nunha gran cantidade de auga que se bombea ata un embalse superior, e se turbina despois cara outro situado nunha cota máis baixa.

Ainda que este tipo de centrais é actualmente a forma máis madura de almacenar enerxía a gran escala, recentemente estanse propoñendo outro tipo de sistemas, nos que a masa que se moviliza consiste nun ou varios corpos sólidos, o que presenta certas ventaxas:

• Pódense empregar materiais con densidade sustancialmente superior á da auga, o que reduce as dimensións de almacenamento para unha determinada capacidade enerxética.

• Estas masas poden ser máis fáciles de manexar, ao manter a súa forma sin necesidade de confinalas en depósitos ou embalses

O habitual é que nestos novos sistemas utilicen motores reversibles, acoplados a tambores ou poleas, de forma que consumen electricidade cando se izan as masas ata a súa posición superior, mentres que funcionan como xeneradores cando as masas os fan xirar mentres descenden de forma controlada, á vez que producen enerxía (de forma similar ao que sucede co freno rexenerativo dos vehículos eléctricos).

A continuación, mencionaremos algunas empresas que están traballando neste tipo de almacenamento e revisaremos someramente os conceptos que propoñen:

Energy Vault

Nesta empresa, con sedes en California e Suiza, patentou un sistema basado no apilado e desapilado de grandes bloques. No 2020 construiu un prototipo demostrador en Arbedo-Castione, Suiza, o EV1 Tower, que consistía nunha grúa de 120 m de altura e seis brazos, instalada nunha gran explanada sobre a que iba apilando e desapilando bloques de formigón de 35 toneladas.

Recentemente desmontaron este prototipo, e centráronse nunha evolución do seu concepto, que denominan EVx.

Neste novo diseño, en lugar de usar unha grúa, constrúen unha enorme estructura metálica (de uns 100 m de altura) na que instalan múltiples puntos de izado, e dispóñense carrís horizontais, que permiten que cada bloque se desplace ata a súa posición de almacenamento, mentres se iza o seguinte bloque. Neste caso, propoñen fabricar os bloques de un composite elaborado con materiais locais, para diminuír o seu custe e evitar o impacto medioambiental do consumo de formigón.

Según o tecnólogo, fai uns meses que empezaron a construcción da primeira planta deste tipo, con unha capacidade de 100 MWh, ubicada en China xunto a un parque eólico.

Gravitricity

É unha empresa escocesa que propón empregar pozos verticais para desprazar unha gran masa ata unha profundidade de entre 150 e 1.500 m. A formulación inicial é aproveitar antiguos pozos de minas en desuso para reducir a inversión necesaria, ainda que tamén manexan a posibilidade de construir pozos novos. A instalación inclúe uns cabestrantes eléctricos que traballan coordinadamente por parellas para subir ou baixar enormes masas, de entre 500 e 5.000 toneladas.

O sistema plantéase para que se podan ir elevando/descendendo certo número de masas sucesivamente, de forma que, mentres unha parella de cabestrantes despraza unha masa nun sentido, a outra leva de volta os enganches da masa anterior para poder recoller unha nova.

De momento só existe un pequeno banco de probas de 250 kW nun porto escocés, aínda que a empresa anuncia que está seleccionando un pozo mineiro en desuso para o seu primeiro proxecto subterráneo, aínda mesmo utilizando un único peso, polo que o tempo de descarga da batería será da orde de minutos. Para a primeira instalación con múltiples masas están considerando construir un pozo ad hoc nun proxecto de 4 MWh, exposto para servizos auxiliares de rede.

ARES

O concepto desta empresa norteamericana básase en movilizar as masas sobre un plano inclinado, en lugar de verticalmente, a modo de vagóns de tren sobre os seus raíles.

A ventaxa deste sistema é que pode desprazar sucesivas masas entre as dúas cotas e, cos mesmos medios, levalas á posición de almacenamento, unha vez alcanzada a cota desexada. A súa desventaxa é que necesita mais terreo para a mesma enerxía acumulada, e que posiblemente o seu rendemento sexa menor que o de un sistema con movemento vertical.

Fai dous anos, iniciaron a construcción de unha primeira instalación de 50 MW en Nevada, para a que se proxectaron 210 vagóns que sumaban 75.000 toneladas e se desprazaban sobre un sistema de 10 vías. Sen embargo, dende entón non hai noticias sobre a súa terminación e operación, polo que posiblemente non se chegara a poñer en funcionamento con éxito.

Gravity Power

Esta empresa propón o que se podería denominar un almacenamento hidráulico-gravitatorio, xa que neste caso o movemento dunha gran masa sólida realízase inxectando/extraendo auga nunha cámara cerrada, de forma similar ao que sucede dentro dun cilindro hidráulico cando se despraza un pistón, inxectando ou extraendo aceite a presión. Como no caso de Gravitricity, a instalación realizaríase nun pozo subterráneo, aproveitando o de unha mina en desuso ou perforándoo expresamente.

Probablemente, a principal ventaxa deste sistema é que, en lugar de desprazar unha gran masa mediante cables (o que entraña dificultades técnicas en términos de estabilidade, seguridade e desgastes, e obriga a utilizar unha maquinaria pesada e costosa), emprega tuberías a presión e turbinas reversibles, unha tecnoloxía moi madura que presenta menos incertezas. Sen embargo, este concepto tamén se enfrenta a retos importantes, como a impermeabilización do pozo e a selaxe eficiente entre o “pistón” e a cámara na que este se despraza.

En calquera caso, parece que este deseño ainda está en fase conceptual e non hai constancia de que exista aínda ninguna instalación real deste tipo, nin sequera a nivel demostrativo.

Conclusións

Revisando o estado da arte desta forma de almacenamento enerxético, parece evidente que ainda non se alcanzou un grado de desarroio suficiente como para demostrar a súa viabilidade comercial.

Con todo, comparando esta tecnoloxía cas que actualmente dominan o sector, o almacenamento gravitatorio ten o atractivo de axuntar algunhas das ventaxas específicas das centrais de bombeo con outras propias das baterías electroquímicas.

· Un sistema de almacenamento gravitatorio pode instalarse en calquera localización, con unhas condicións similares ás de calquera outra instalación industrial. Esto mesmo sucede cas baterías convencionais, pero non así cas centrais de bombeo, supeditadas á topografía e ás restriccións ambientais, que limitan enormemente os posibles emprazamentos.

· A degradación ao largo do tempo da súa capacidade é virtualmente nula, e a súa vida útil pode ser de moitas décadas, cun custe de mantemento relativamente baixo. Nesto parécese ás centrais de bombeo, en contraste co que sucede nas baterías electroquímicas, que van perdendo capacidade de carga e teñen que sustituirse por unhas novas ao cabo de certo número de ciclos de descarga.

Ademais, o rendemento do ciclo completo de carga-descarga pode ser de ao redor do 80%, un valor lixeiramente inferior ao das baterías de ion litio, pero algo superior ao das centrais reversibles de bombeo e, sobre todo, moito máis alto que o alcanzable si se produce hidróxeno con excedentes eléctricos e posteriormente se usa en pilas de combustible para volver a producir electricidade, que difícilmente chega ao 50%.

O gran problema das baterías gravitatorias é a súa baixa densidade enerxética, é dicir, requiren unha gran cantidade de materiais e infraestructuras para almacenar unha cantidade relativamente pequena de enerxía. Isto pódese visualizar si pensamos que, para almacenar a enerxía que necesita un frigorífico estándar (de clase enerxética A) durante un só día, sería necesario elevar o peso dunha furgoneta grande (co máximo da súa carga autorizada) ata a azotea dunha das “Torres Kio” de Madrid.

Polo tanto, parece esperable que a inversión inicial que requerirá unha instalación deste tipo será moi cuantiosa, ao menos si se pretende que teña unha capacidade de varios MWh (é dicir, suficiente para manter funcionando miles de frigoríficos durante un día). Con todo, certos actores como Energy Vault afirman que están en condicións de lograr un custe de almacenamento un 40% inferior ao das baterías de litio, xenerando moita expectación cos seus primeiros proxectos pre-comerciais.

En calquera caso, ao igual que sucede na producción de enerxía, é moi probable que a solución óptima ao problema do almacenamento enerxético pase por combinar varias tecnoloxías, nun “mix” no que cada unha delas aporte as súas fortalezas para determinadas situacións ou aplicacións. E haberá que esperar uns anos para saber si as baterías gravitatorias están chamadas a ser parte desa solución que tanto necesita o noso planeta.