Ciencia y Tecnología

Baterías para hacer funcionar una ciudad

2017-06-15

Pero resulta que es una pregunta sorprendentemente difícil de responder. Ahora, con el crecimiento...

Por Diane Cardwell y Andrew Roberts, The New York Times

NUEVA YORK ? ¿Qué tal que se necesitara una batería realmente grande, lo suficientemente grande como para hacer funcionar a una ciudad?

Es una pregunta que los inventores se han hecho durante décadas. Nadie quiere que el refrigerador o el hospital funcionen de manera intermitente cuando suba la demanda o la planta eléctrica necesite reparaciones.

Pero resulta que es una pregunta sorprendentemente difícil de responder. Ahora, con el crecimiento de las fuentes de energía verdes como la solar y la eólica, la necesidad de almacenamiento eléctrico a escala industrial se está volviendo cada vez más vital para asegurar que haya electricidad incluso después de que se ponga el sol o la brisa desaparezca.

Usualmente (pero no siempre), es poco práctico conectar suficientes baterías tradicionales en serie —aquellas que funcionan con reacciones químicas, como las usadas en detectores de humo y autos eléctricos— para realizar tales labores; en vez de eso, se ha recurrido a la creatividad. Los técnicos han podido aprovechar una veintena de fuerzas y estados físicos como temperatura, fricción, gravedad e inercia para mantener la energía almacenada para su liberación posterior.

Esa es la razón por la cual una compañía eléctrica en Gales ideó un lago especial en la cima de una montaña. Y en Alemania una empresa de servicios públicos bombea cavernas subterráneas llenas de aire comprimido. He aquí cómo funcionan esos y otros sistemas, todos actualmente en uso.

En la década de los 70, una empresa de servicios públicos alemana quiso construir una planta de almacenamiento flexible que pudiera responder a picos repentinos en la demanda de electricidad, ya que sus plantas convencionales ?principalmente de carbón? no estaban diseñadas para elevar o bajar el suministro rápidamente.

No tenía el terreno elevado necesario para una planta hidroeléctrica, la cual puede empezar a operar mucho más rápidamente cuando aumenta la demanda, pero sí había algo que podía aprovechar: los antiguos depósitos subterráneos de sal. Con la adaptación de una técnica usada comúnmente para almacenar gas natural y petróleo en lo profundo de la tierra, la empresa canalizó agua a los lechos de sal para disolverla y crear dos cavernas a menos de un kilómetro por debajo de los campos verdes de Huntorf. La planta, que abrió en 1978, usa electricidad de la red cuando es barata, porque la demanda es baja, para comprimir y almacenar aire en las cuevas de sal.

Luego, cuando la demanda de electricidad aumenta, un motor impulsa el aire hacia la superficie y a un sistema de combustión, que quema gas natural que hace girar una turbina para producir electricidad. Comprimir el aire le permite inyectar más oxígeno a las turbinas, lo que las hace más eficientes.

Ahora varias compañías eléctricas, principalmente en Estados Unidos y Europa, están explorando también extraer sus depósitos de sal para almacenamiento.

En el desierto de Tonopah, Nevada, unos 320 kilómetros al noroeste de Las Vegas, una enorme espiral de espejos rodea a una torre de concreto de unos 55 pisos. Coronada por un intercambiador de calor de 30 metros formado por tubos, no es una reliquia de algún rito pagano místico, sino la instalación de energía solar de Crescent Dunes.

Es la primera planta de energía solar concentradora a escala industrial del mundo que usa sal extremadamente caliente para extender el uso de la energía solar mucho más allá del ocaso.

En vez de usar páneles solares para producir electricidad, la planta tiene más de 10,300 espejos del tamaño de vallas publicitarias que enfocan el calor del sol en el intercambiador de calor y derriten la sal en millones de litros de un líquido que está a 565 grados Celsius; este es almacenado hasta que se necesita la electricidad. La sal, que puede permanecer líquida a temperaturas más altas que algunos otros fluidos como el agua, luego fluye a través de un sistema de generación de vapor que impulsa una turbina, produciendo electricidad suficiente para 75,000 casas hasta por 10 horas después de la puesta del sol; en esencia, permite que el sol brille de noche.

En la isla Kodiak en Alaska, la cooperativa eléctrica local recibió una solicitud inusual de la compañía de transporte que opera el puerto: ¿podría instalar una grúa eléctrica?

La compañía quería remplazar su antigua grúa que funcionaba con diésel con una nueva: eléctrica y más rápida. Sería capaz de ofrecer servicio a barcos más grandes y a pilas de contenedores más altos, haciendo más eficientes las operaciones de embarque.

Después de estudiar la propuesta y las posibles soluciones, se decidió por el volante de inercia, que usa un rotor giratorio en un vacío que actúa como motor y generador. En operación desde 2015, el sistema usa electricidad de la red para acelerar los volantes, los cuales mantienen su velocidad a través de la inercia. Cuando la grúa se eleva, el sistema convierte el impulso de los rotores en electricidad. Y cuando la grúa desciende, recarga los volantes, recuperando la energía que los acelerará de nuevo.

La instalación también ayuda a la compañía eléctrica a equilibrar las fluctuaciones de energía de la red con sus turbinas eólicas, las cuales ofrecen una cuarta parte de la electricidad de la isla.

En los años 50, la necesidad de electricidad de Gran Bretaña ?y las instalaciones para almacenarla? estaban en aumento. Funcionarios de energía tuvieron una idea: hidroelectricidad bombeada.

En otras palabras, se construyen dos lagos, uno en la cima de una colina, otro en la base. Con la electricidad generada durante horarios no considerados como pico (es decir, más barata) se bombearía agua de abajo hacia arriba. Luego, cuando la red necesitara energía, se abriría el estanque superior, enviando agua hacia abajo a través de turbinas para producir electricidad.

Después de buscar la ubicación perfecta durante dos años, se decidieron por la montaña Elidir, en las orillas del Parque Nacional de Snowdonia en el norte de Gales. Aunque la idea de situar una planta eléctrica en un área natural enfureció a algunos, la ubicación era ideal por muchas razones: tenía un lago cerca de la cima, Marchlyn Mawr, y otro, Peris, en el fondo.

También resultó que contenía las entrañas de una cantera de pizarra abandonada, lo que hizo más fácil ocultar en su interior la Estación Eléctrica Dinorwig. Tomó diez años completar la construcción.

Abierta en 1984, está entre las plantas más grandes de su tipo y puede generar suficiente energía para hacer funcionar a todo Gales durante seis horas.

También se ha vuelto crucial para satisfacer una necesidad muy británica: el drástico repunte en la demanda de electricidad cuando terminan los programas de televisión populares —y millones de personas simultáneamente conectan sus teteras eléctricas para preparar té—.

Hace casi una década, los fundadores de una pequeña empresa emergente con sede en Santa Bárbara, California, se propusieron crear un enfoque verde para almacenar energía renovable que pudiera imitar a la hidroelectricidad bombeada pero sin el agua.

¿Su solución? Cargar una hilera de vagones de ferrocarril con piedras y concreto, y dejar que la gravedad hiciera el trabajo.

La compañía, Advanced Rail Energy Storage, probó ese concepto en Tehachapi, California, usando electricidad de un generador de diésel para subir el tren de varias toneladas hasta la cima de una colina empinada. En el momento preciso, el tren rodó hacia abajo, generando electricidad con las ruedas en movimiento, una tecnología similar al frenado regenerativo común en vehículos eléctricos como el Prius.

La compañía recientemente obtuvo la aprobación de la Oficina de Administración de Tierras estadounidense para su primer proyecto a escala comercial en Pahrump, Nevada. Esa instalación, que incluirá siete trenes mucho más pesados, está diseñada para alcanzar toda su capacidad a los 15 segundos y producir suficiente energía para hacer funcionar 14 casas de tamaño y consumo promedio durante un mes entero.

Conforme cae la noche sobre el número 1 de Bryant Park, la reluciente torre de oficinas en la Calle 42 y la Avenida de las Américas en la ciudad de Nueva York, los empleados apagan sus computadoras, toman sus teléfonos celulares y abandonan el edificio al terminar la jornada laboral.

Pero en el sótano, el trabajo apenas comienza. Usando la electricidad nocturna más barata de la red, un gran refrigerador enfría agua mezclada con glicol (un componente del anticongelante) por debajo del punto de congelación. El sistema luego bombea la mezcla a unos 3,2 kilómetros de tuberías enroscadas dentro de cada uno de casi cincuenta tanques de 2840 litros llenos de agua. La solución de glicol, que oscila alrededor de los 2,8 grados Celsius bajo cero, congela el agua, almacenando de manera efectiva electricidad en forma de hielo.

Al día siguiente, la mezcla de glicol sale de las tuberías espirales y entra en un sistema de aire acondicionado de circuito cerrado. Al combinarse el agua con el aire, ayuda a enfriar los 218,300 metros cuadrados del edificio hasta por 10 horas durante el día; cuando la electricidad es típicamente más cara.



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