Almacenamiento de energía por aire comprimido

El aire comprimido como generador de energía tiene ya varios siglos de funcionamiento. Su aprovechamiento a gran escala surgió durante la época de la Revolución Industrial con la energía neumática como forma de alimentación en numerosas máquinas de carácter industrial. Hoy en día, la neumática es utilizada gracias a la potencia de un compresor y usada en muchos campos de aplicación, de entre todos ellos, el almacenamiento de energía por aire comprimido se está probando con buenos resultados como un método alternativo de energía renovable para la producción de energía eléctrica.

¿Qué es el CAES?

Uno de los principales problemas que tiene una planta generadora de energía es qué hacer con ella cuando existe un consumo bajo en la red. En este caso, la generación supera al consumo y en numerosas ocasiones, esa energía generada no se aprovecha y se desperdicia.

Esto último es muy frecuente con la energía eólica, ya que sus puntas de generación de energía son por la noche, debido a la mayor intensidad del viento. Y bien porque el consumo es bajo, o bien porque en las redes de distribución entran otros tipos de energías, hay mucha que se genera y no se aprovecha.

Entonces, ¿por qué no almacenarla y aprovecharla en los momentos de mayor consumo?

Y así es como surge la idea del CAES (Compressed Air Energy Storage) o almacenamiento de energía por aire comprimido. En esencia, se trata de aprovechar ese aire generado y almacenarlo en el subsuelo procediendo a una compresión para posteriormente generar una energía neumática capaz de mover unas turbinas que a su vez generan electricidad.

Almacenamiento de energía por aire comprimido

La primera planta de almacenamiento de energía por aire comprimido nace en 1973 en Alemania, utilizando las cavernas del subsuelo como almacén del aire. Y más tarde se fueron creando instalaciones similares en Estados Unidos.

La filosofía de estas instalaciones reside en el aprovechamiento de la energía eléctrica sobrante para poder comprimir aire, almacenándolo en depósitos naturales en el subsuelo y siendo utilizado más tarde como forma de alimentación de turbinas que alimentan a la red eléctrica en los periodos de mayor consumo o demanda. Para conseguir esto, se procede a una compresión del aire en forma escalonada y con enfriamientos intermedios, obteniendo un buen rendimiento de los excedentes de energía y una buena calidad del aire comprimido.

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.

Diferentes tipos de almacenamiento

Pese a los diferentes problemas en la actualidad del CAES, lo atractivo de poder usar aire comprimido como generación de energía en momentos de mayor demanda, hace que se sigan estudiando formas de llevarlo a cabo con alta eficiencia energética. Por este motivo, se plantean dos sistemas de almacenamiento en función de las mejores condiciones tecnológicas y de la termodinámica. Consisten en:

  • Almacenamiento a volumen constante: para ello, es necesario grandes tamaños de cámaras de aire. Se crean utilizando la minería de disolución en el subsuelo, y su almacenamiento se diseña con unos límites fijos constantes. Esto plantea problemas con las variaciones de presión existentes, ya que afectan tanto a las turbinas como a los compresores. Para subsanar esta cuestión, hay que conseguir que las variaciones de presión originadas se mantengan en unos límites establecidos.
  • Almacenamiento a presión constante: este sistema está basado en la introducción del aire comprimido en un recipiente de forma variable, manteniendo su presión constante. Para que esto sea factible, es necesario introducirlo a cientos de metros bajo el agua, de tal forma, que la presión exterior sea superior a la interior, con el fin de poder mantener el aire dentro. Esto provoca un aumento en la densidad de energía, provocando unos buenos rendimientos en las turbinas, pero plantea un alto coste en su conjunto.

Almacenamiento de energía por aire comprimido

Diferentes programas en el almacenamiento de energía por aire comprimido

El almacenamiento de energía por aire comprimido implica una conservación del calor generado para su aprovechamiento energético en forma de electricidad. Para ello, debe haber una manipulación del calor en el sistema, y esta, puede realizarse de las siguientes maneras:

  • Adiabático: consiste en mantener la energía térmica que se produce en los procesos de compresión y expansión del aire. Para poder realizarlo, la estructura del sistema debe estar totalmente aislada. De momento, es un sistema experimental, pero se prevé que si se consigue, se podría obtener una eficiencia del 100 %.

  • Diabático: consiste en liberar a la atmósfera la energía producida durante la compresión y de aportarla en su proceso de expansión. El problema en este caso es que durante el proceso se pierde parte de la energía renovable generada y, además, es necesario un aporte de calor mediante el quemado de un gas natural. Pese a que es un sistema que se ha implementado comercialmente, debe mejorarse en cuanto a las necesidades de combustible que requiere. Al mismo tiempo, puede conllevar problemas medioambientales, ya que se vierte a la atmósfera el calor disipado.

  • Isotérmico: aún se encuentra en fase de desarrollo. Está basado en la dependencia de un intercambio de calor con el exterior, al objeto de mantener la temperatura constante en el proceso. El problema aquí, es que el impedir que haya fugas de temperatura es complicado, ya que la eficiencia del proceso se basa precisamente en esto.

El almacenamiento de energía por aire comprimido será en un futuro muy próximo una de las mejores formas de aprovechamiento de las energías renovables. Y revolucionará, sin ninguna duda, el mercado energético. Son tantos los beneficios que se pueden conseguir, que se merecen cada uno de los grandes esfuerzos que actualmente se están realizando para poder aumentar nuestra eficiencia energética.

 

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