Uno de los principales escollos para la descarbonización es cómo almacenar la energía que producen las renovables. En autoconsumo fotovoltaico, las baterías de litio son las que se han hecho con el mercado. Pero con el paso a la movilidad eléctrica y la expansión de la energía fotovoltaica, muchos se preguntan si habrá litio suficiente para abastecer toda la demanda que se espera.
En Cambio Energético nos encanta compartir contigo los avances en energías renovables, porque nos emociona ver como las tecnologías evolucionan para mejorar nuestra eficiencia energética al tiempo que cuidamos el planeta. Por lo que si tienes alguna duda sobre autoconsumo y ahorro energético, contacta con nosotros.
Ya te hemos hablado de algunas alternativas al litio que se están desarrollando, como las baterías de sodio o las baterías de zinc; también de otros sistemas de generación de energía con el aprovechamiento del aire (aerotermia) y del calor de la tierra (geotermia). Hoy nos centramos en otra alternativa para el almacenaje de energía renovable: la batería de gravedad o sistema de almacenamiento gravitacional. Sí, sí, has oído bien, almacenar energía gracias a la fuerza de la gravedad. Si te pica la curiosidad, sigue leyendo.
¿Qué es una batería de gravedad?
Una batería de gravedad es un tipo de dispositivo de almacenamiento de energía que acumula energía gravitacional; dicho en otras palabras, se trata de almacenar energía en un objeto o masa (sea sólida o líquida) como resultado de un cambio de altura debido a la gravedad. Esta energía también se conoce como energía potencial.
El ejemplo más conocido de cómo se genera y acumula energía gracias a la gravedad es la energía hidroeléctrica y el almacenamiento por bombeo. En ella, el agua se bombea a elevaciones más altas para almacenar energía y se libera a través de turbinas de agua para generar electricidad.
Un poco de contexto de la batería de gravedad
La forma más antigua de un dispositivo que usaba la gravedad para impulsar el movimiento mecánico fue el reloj de péndulo, inventado en 1656 por Christiaan Huygens. El reloj funcionaba con la fuerza de la gravedad mediante un mecanismo de escape, que hacía que un péndulo se moviera hacia adelante y hacia atrás. Desde entonces, las baterías de gravedad se han convertido en sistemas que pueden aprovechar el poder de la gravedad y convertirlo en electricidad para el almacenamiento de energía a gran escala.
El primer sistema hidroeléctrico de almacenamiento por bombeo (PSH) basado en la gravedad se desarrolló en 1907 en Suiza, por lo que la idea no es nueva. A partir de 2019, la capacidad mundial total de PSH fue de 168 GW. La electricidad de almacenamiento por bombeo basada en la gravedad es actualmente la forma más grande de almacenamiento de energía en red en el mundo.
¿Cómo funciona una batería de gravedad?
Las baterías de gravedad pueden tener diferentes diseños y estructuras, pero todas las baterías de gravedad utilizan las mismas propiedades físicas para generar energía. La energía potencial gravitacional es el trabajo requerido para mover un objeto en la dirección opuesta a la gravedad de la Tierra. En una batería de gravedad, se desplaza o levanta una masa gracias a la ayuda de una bomba, grúa o motor, para generar energía potencial gravitatoria que se transforma en electricidad.
Después de levantar la masa, almacena cierta energía potencial gravitacional basada en la masa del objeto y la altura a la que fue levantado: cuanto más alto se levanta una masa, más energía potencial gravitacional se almacena; y cuanto más pesada es la masa, mayor es el cambio de energía.
La energía potencial gravitatoria almacenada se convierte luego en electricidad. La masa se baja para volver a caer a su altura original, lo que hace que un generador gire y genere electricidad.
Tipos de baterías de gravedad
Una batería de gravedad utiliza una estructura muy alta con una masa pesada. Esta estructura alta se puede construir sobre el suelo, como un edificio alto o una torre, o se puede perforar un agujero en la superficie de la tierra hasta una cierta profundidad necesaria para que la batería cumpla con las especificaciones. A continuación os mostramos algunas de las baterías de gravedad que se están desarrollando, según el fabricante.
Energy Vault
El sistema totalmente mecánico de Energy Vault, con sede en Suiza, utiliza el apilado y desapilado automático de bloques de hormigón que pesan hasta 35 toneladas; todo colocado en un área abierta con una grúa de 120 metros de altura y seis brazos.
El sofisticado sistema utiliza algoritmos avanzados para decidir qué apilar y dónde, así como el orden de apilamiento óptimo. Entre los problemas que deben tenerse en cuenta se encuentran los efectos del viento en los bloques y las grúas mientras están en movimiento, los efectos del péndulo, el estiramiento del cable y el mantenimiento constante de la salida mediante la secuencia de caída del bloque.
La empresa afirma que la instalación es modular con rangos de capacidad de almacenamiento de 20 a 80 MWh; y una descarga de energía continua de 4 a 8 MW durante 8 a 16 horas.
Gravitricity
La unidad de batería de gravedad de Gravitricity consta de un cabrestante o generador eléctrico convertible, cables, un gran peso y un pozo vertical que va de 150 a 1500 metros bajo tierra. El cabrestante eléctrico levanta un peso de 500 a 5000 toneladas hasta la parte superior del pozo. Cuando se baja el peso, gira el cabrestante eléctrico dentro de un campo magnético para generar energía.
La empresa afirma que cada unidad puede producir entre 1 y 20 MW de potencia máxima, con una duración de salida de 15 minutos a 8 horas. Por lo que la batería también se puede controlar para que suelte el peso rápidamente y obtenga una pequeña ráfaga de energía de alta potencia.
New Energy Let’s Go
New Energy Let’s Go utiliza una combinación de pesas y agua. Bombas eléctricas e hidráulicas levantan una gran masa rocosa que descansa sobre un pistón móvil para almacenar energía. Para liberar energía, el agua que se encuentra bajo la alta presión de la masa rocosa, se envía a una turbina y a un generador. La capacidad de almacenamiento de energía reclamada estaría entre 1 y 10 GWh.
Gravity Power
El enfoque Gravity Power también usa agua, con un pistón grande suspendido en un eje profundo lleno de agua, junto con sellos deslizantes para evitar fugas alrededor del pistón y una tubería de retorno que se conecta a una bomba-turbina a nivel del suelo. El eje se llena con agua solo una vez al comienzo de la operación, luego se sella y no se requiere agua adicional.
Para almacenar energía, la energía impulsa la bomba del motor/generador para empujar el agua hacia abajo por la tubería de retorno y hacia el eje, levantando el pistón. Para producir electricidad, el pistón cae, obligando al agua a descender por el eje de almacenamiento, subir por la tubería de retorno y a través de la turbina, para hacer girar el motor/generador. La compañía dice que se pueden almacenar cientos de megavatios-hora por eje.
Ventajas de las baterías de gravedad
Las baterías de gravedad ofrecen una serie de ventajas que los diferencian de otros modelos de almacenamiento a gran escala. Veamos cuáles son las principales.
Máximo rendimiento en un segundo
Una consideración importante en estos diseños es que son capaces de alcanzar el máximo rendimiento en aproximadamente un segundo. Eso es muy útil para muchas aplicaciones de red donde la fuente y la carga son impredecibles.
Precio y eficiencia
El precio de las baterías de gravedad varía según el diseño. El sistema de batería de gravedad propuesto por Energy Vault oscila entre 6 y 8 millones en precio de construcción; pero tiene un LCOS de 0,05€/kWh y una eficiencia de ida y vuelta de 88 a 92%. Esto es un 50% más barato en comparación con el LCOS de las baterías de litio, que cuesta entre 0,24€/kWh y 0,33€/kWh.
Se espera que el prototipo de 250kW de Gravitricity cueste 1,20 millones de euros, prometiendo una vida útil de 50 años y una eficiencia del 80 al 90%. Los costes relativos de las instalaciones de almacenamiento por gravedad indican que aunque el “costo inicial es alto”, la larga vida útil del equipo,sin límite de ciclos ni degradación de capacidad durante el uso, hace que sea una propuesta interesante para el equilibrio de la red a gran escala.
Los expertos señalan que las baterías de gravedad tendrán un mejor precio a largo plazo que las baterías químicas.
Pueden ubicarse en la mayor parte de lugares
A diferencia de la hidroelectricidad de almacenamiento por bombeo, los paneles solares y las turbinas eólicas, que solo pueden operar bajo ciertas condiciones o en ciertas áreas, las baterías de gravedad como las propuestas por Energy Vault y Gravitricity pueden tener una gama más amplia de sitios adecuados. ¿Por qué? Porque hay gravedad en todas las partes del planeta.
Reduce los impactos ambientales
Las baterías de gravedad están diseñadas para combinarse con soluciones de energía renovable cuyas fuentes (luz solar, viento, etc.) son frecuentemente variables y no necesariamente coinciden con la demanda. Se espera que tengan menos problemas ambientales que otras soluciones de almacenamiento tradicionales, como el almacenamiento de agua bombeada.
Se anticipa que los sistemas de baterías de gravedad podrán proporcionar energía rápidamente durante los picos de consumo, lo que les permitirá complementar o reemplazar las centrales eléctricas de combustibles fósiles en los picos. Como decíamos, se espera que los sistemas de un solo peso puedan lograr la generación de energía completa en menos de un segundo. Por lo tanto, la implementación de baterías de gravedad a mayor escala disminuiría la necesidad de combustibles fósiles, reduciendo significativamente las emisiones de CO2.
Las baterías de gravedad también son más respetuosas con el medio ambiente que las baterías de litio; ya que las baterías de litio tienen una vida útil más corta y surgen problemas cuando es necesario desecharlas.
Principales inconvenientes de las baterías de gravedad
Cada una de estas opciones tiene compensaciones interesantes en tamaño, problemas de ubicación, complejidad, precio, confiabilidad potencial y capacidad; pero también preocupaciones por la seguridad. Algo que se está teniendo en la creación de los nuevos prototipos. Por tanto, si bien ya queda menos para acceder a este tipo de tecnología, todavía pasará tiempo hasta que se extienda su uso comercial.
A su vez, hablamos de baterías de gravedad a gran escala. Si bien ya hay modelos pequeños para iluminar una luz LED, todavía no hay desarrolladas baterías de gravedad para alimentar los consumos de una vivienda o pequeña empresa.
Por lo que si quieres pasarte a las energías renovables con almacenamiento cuanto antes, tu mejor apuesta sigue siendo el autoconsumo fotovoltaico con baterías de litio.
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Con información de: Cambio Energético