Cada vez se conectan más fuentes de energía renovable a las redes eléctricas de Australia. Australia del Sur, por ejemplo, obtendrá 40% de su electricidad de energía eólica y solar una vez que la Parque eólico Snowtown se completa a finales de este año.
Pero si la energía renovable finalmente domina el mercado, necesitaremos formas de almacenar la energía para poder usarla las 24 horas del día. La buena noticia es que es fácil almacenar energía. Todo lo que necesita son dos pequeños reservorios, uno alto y otro bajo, y una forma de bombear agua entre ellos.
Esta técnica, llamada "almacenamiento de energía hidroeléctrica bombeada fuera del río", puede potencialmente proporcionar el almacenamiento de energía que Australia necesita para adoptar las energías renovables por completo. Es barato, también.
Cómo funciona Hydro bombeado
Cuando hay un exceso de electricidad, el agua se bombea a través de una tubería o túnel hacia el depósito superior. La energía se recupera más tarde dejando que el agua vuelva a descender, a través de una turbina que la convierte de nuevo en electricidad. Las eficiencias de 90% en cada dirección son posibles.
La energía hidroeléctrica bombeada es, con mucho, la forma de almacenamiento de energía más utilizada, ya que representa el 99% del total. En todo el mundo, el almacenamiento hidroeléctrico bombeado puede proporcionar aproximadamente 150 gigavatios, en su mayoría integrados con centrales hidroeléctricas en los ríos.
En un sistema “off-river”, la misma agua circula en un circuito cerrado entre los embalses superior e inferior, eliminando la necesidad de que la instalación se construya en un río. La cantidad de energía almacenada es proporcional a la diferencia de elevación entre los depósitos superior e inferior (generalmente entre 100 y 1000 m), y al volumen de agua almacenada en el depósito superior.
Los sistemas de almacenamiento de electricidad deben poder entregar una salida de energía instantánea durante períodos de unas pocas horas. Esto cubre las fluctuaciones a corto plazo de la producción eólica y solar, los picos en la demanda de los consumidores (como las tardes de verano muy calurosas) y las interrupciones no planificadas de la infraestructura de generación y transmisión. El uso de energía almacenada también ayuda a mantener las líneas eléctricas de las instalaciones eólicas y solares en uso durante más tiempo.
De las opciones de almacenamiento de electricidad disponibles, como baterías y volantes, la hidroeléctrica bombeada es, con mucho, la más barata. No tiene pérdidas de espera mientras el agua espera en el depósito, y puede alcanzar la máxima potencia en segundos 30.
Hora de ir fuera del río
Hay pocas oportunidades para que Australia desarrolle energía hidroeléctrica en el río, debido a limitaciones ambientales y de otro tipo. Pero, hay grandes oportunidades para el almacenamiento de energía a corto plazo fuera del río. Un sitio típico comprendería un par de pequeños reservorios conectados por una tubería a través del cual se ciclaría el agua diariamente, junto con una bomba y una turbina, una central eléctrica y líneas eléctricas.
Australia tiene miles de excelentes sitios potenciales en áreas montañosas fuera de las reservas de conservación, con las diferencias típicas de elevación de 750 m. No necesitan estar cerca de un parque eólico o solar.
El almacenamiento de electricidad fuera del río tiene varias ventajas sobre las instalaciones típicas en el río:
- Hay muchos más sitios potenciales
- Se pueden seleccionar sitios que no coincidan con los valores ambientales y otros.
- El depósito superior se puede colocar en la cima de una colina en lugar de en un valle, lo que permite maximizar la diferencia de elevación
- No es necesario hacer provisiones para las inundaciones (generalmente un costo importante).
Un sistema que comprende depósitos gemelos de 10-hectárea, cada 30 de profundidad profunda, con una diferencia de elevación de 750 m, puede entregar aproximadamente megavatios de 1,000 durante cinco horas.
Entre 20 y 40 de estos sistemas sería suficiente para estabilizar un sistema de electricidad australiano 100% renovable.
¿Cuánto cuesta?
Como los reservorios son pequeños (solo unas pocas hectáreas) en comparación con los reservorios hidráulicos típicos, son un componente menor del costo. La mayor parte del costo está en los componentes de potencia (tuberías, bombas, turbinas, transformadores y transmisión). Las estimaciones iniciales sugieren que el costo de un sistema off-river en un buen sitio es de alrededor de A $ 1,000 por kilovatio de capacidad instalada.
Aquí hay un caso de estudio hipotético. Una instalación de energía solar de megavatios de 200 entrega en tiempo real la mitad de su potencia de salida a la red, y almacena el resto por la noche. Ahora, en lugar de alcanzar el pico en el momento más soleado del día, la salida de energía solar se extiende desde 8am a 10pm (dependiendo de la temporada y la cubierta de nubes), con una salida de potencia máxima a la red y la bomba es cada una de megavatios de 90 (después de permitir pérdidas) ). El depósito se puede recargar por la noche utilizando energía eólica para cubrir el pico de demanda de la mañana.
Alisando los picos: cómo el almacenamiento de energía puede hacer que la energía solar dure hasta la noche.
Los costos independientes del sistema de energía solar y el sistema de almacenamiento hidráulico a corto plazo son A $ 2,000 y A $ 1,000 por kilovatio, respectivamente. Después de contabilizar las pérdidas de almacenamiento equilibradas por los ahorros al compartir el transformador y los costos de transmisión entre los dos sistemas, y el hecho de que la clasificación de almacenamiento hidráulico es la mitad del sistema fotovoltaico, el costo total del sistema es de aproximadamente A $ 2500 por kilovatio .
En otras palabras, el uso de almacenamiento hidráulico bombeado para suavizar los picos en la producción de una estación de energía solar solo agrega un 25% adicional al costo. Eso es mucho más barato que usar baterías.
Ubicación, ubicación, ubicación
Pase un poco de tiempo con un mapa o Google Earth y podrá detectar docenas de excelentes sitios potenciales, en tierras de cultivo montañosas o a lo largo de las rutas de líneas eléctricas existentes. Australia tiene miles de sitios candidatos en la mayoría de las zonas habitadas del país.
Por ejemplo, la directriz Tumut 3 La estación hidroeléctrica tiene la capacidad de almacenamiento de agua bombeada más grande de Australia (megavatios 1500), una diferencia de elevación de 151 m, y un lago sustancial que debe hacer frente a grandes inundaciones. Pero podría construirse un pequeño sistema cerca del río, que comprende depósitos gemelos 13-hectárea con una diferencia de altitud de 700 m, conectados por una tubería de 5 km que atraviesa una ruta de línea eléctrica. Este sistema almacenaría suficiente agua para entregar megavatios 1,500 durante tres horas y costaría mucho menos.
Un tubo 5 km entre dos lagos de almacenamiento hidráulico bombeado (puntos azules) podría mejorar la salida de la central eléctrica Tumut 3 de Snowy Hydro, a un costo relativamente modesto (imagen de Google Earth)
Sobre el Autor
Andrew Blakers es el Director del Centro para Sistemas de Energía Sostenible y el Centro ARC para Sistemas de Energía Solar en la Universidad Nacional de Australia. Sus intereses de investigación están en el área de sistemas de energía solar.
Este artículo fue co-escrito por Roger Fulton de Jacobs / SKM, quien ha trabajado en la industria hidroeléctrica desde 1975 como ingeniero y gerente de proyectos.
