25 abril 2010

Almacenando en hidrógeno la energía del viento

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Nuevamente abordamos el almacenamiento de energía obtenida a partir de fuentes renovables (ver Tecnologías de almacenamiento de la energía eólica, evaluación de la rentabilidad del aislamiento de la energía térmica en la tecnología CSP), La elevación de agua como método para apoyar la integración de la energía eólica) y como siempre buscamos tecnologías que traten de solucionar el problema de lo irregular de la generación de energías renovables. Los científicos buscan formas de almacenar los excedentes de energía para poder convertirla nuevamente en electricidad cuando se requiera. Una opción es el almacenamiento de hidrógeno subterráneo, que no es cara, es altamente eficiente, y puede alimentar de energía la red rápidamente.
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El principal problema que se pretende resolver es la importante generación que tiene lugar en días ventosos en países con gran capacidad eólica como Alemania o España. .
La solución ideal es almacenar la electricidad excendentaria e inyectarla regularmente a la red de forma que se mantenga siempre equilibrada. Si la red no está cuidadosamente equilibrada la corriente alterna transmitida se desviará de la frecuencia estipulada (50 ó 60 Hz según país), cayendo en caso de exceso de demanda, o elevándose en el caso de sobrealimentación.
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Ambos escenarios deben evitarse, ya que se ponen en peligro de daño dispositivos conectados tales como motores, aparatos eléctricos, computadores y generadores.
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Pero el exceso de energía producida en determinados periodos obliga a parar plantas de generación convencionales, y absorbiendo de esta forma el exceso de demanda. Dependiendo del país se podrán parar unas u otras fuentes de generación, normalmente hidroeléctricas pues las plantas de lignito o nucleares son difíciles y costosas de parar.
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En días ventosos pueden ocurrir cosas raras. Por ejemplo, puede ser necesario vender la energía excedentaria y su precio puede caer incluso por debajo de cero. El precio negativo de la energía fue una realidad en Europa el 3 de mayo de 2009 en European Energy Exchange (EEX) el MWh se cotizó a menos 152 €. En otras palabras, el operador de la planta puede optar por pagar antes que reducir la producción.
Almacenamiento de energía con agua
Una forma de solucionar el problema es utilizar la energía excedentaria para poner a elevar agua que luego sea aprovechada por turbinas hidroeléctricas. La eficiencia energética de las plantas de almacenamiento de agua es del 89 %. Hasta el momento esta es la tecnología que se utiliza para suministrar agua. En Alemania, la planta más importante en operación está en Goldisthal, situada a unos 350 km al suroeste de Berlín. Las instalaciones tienen una capacidad de 1060 MW y pueden, en sistuación extrema, suministra energía al estado de Turingia durante 8 horas.
Baterías y aire comprimido
Otros países industrializados tales como USA y China hacen uso de plantas de bombeo. Adicionalmente, se hacen importantes esfuerzos para encontrar métodos alternativos. El método mejor conocido de todos los dispositivos de almacenamiento eléctrico es la batería recargables y también en forma de aire comprimido.
. Almacenamiento de hidrógeno
Un método alternativo interesante a los ya mencionados es el almacenaje de hidrógeno. Aquí, la energía excedentaria se usa para producir hidrógeno por medio de un proceso de electrólisis. El gas se almacena posteriormente en cavernas subterráneas a presiones entre 100 y 350 bares. Las pérdidas no son un problema en estas instalaciones y las pérdidas anuales son inferiores a 0,01 %. Esto es debido a que las paredes de rocas saladas de tales cavernas se comportan como un líquido, y las pérdidas se sellan automáticamente. Las cavernas usadas para almacenamiento a corto plazo de gas natural pueden usarse para almacenar hidrógeno.
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Unas 60 cavernas están en construcción en Alemania, con un potencial de almacenamiento de 4.200 GWh de energía eléctrica
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Cuando se eleva la demanda de electricidad, el hidrógeno se utiliza en una turbina de gas o célula de combustible.
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El hidrógeno tiene tanta densidad de energía que de cada metro cúbico puede obtenerse 350 kWh, una capacidad sólo equiparable a la de las baterías de litio.
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Las experiencias en Alemania indican que cada caverna puede proporcionar 500 MW a la semana, lo que es equivalente a 140 GWh. A modo comparativo, todas las plantas de bombeo de Alemania tienen una capacidad combinada de 40 GWh. La tecnología de hidrógeno es por tanto mucho más eficiente en términos de requerimientos de espacio.
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Los resultados en cuanto a costes son también positivos. Según un estudio de German Association for Electrical, electronic & Information Technologies (VDE), los costes de almacenamiento a largo plazo son aproximadamente €0,10 por kWh.
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Ya que la capacidad de acumulación de hidrógeno es muy grande, esta tecnología es especialmente adecuada para absorber picos de consumo.
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Bibliografía: Trapping the Wind. Pictures of the Future. Fall 2009
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