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El eslabón que faltaba
En la transición hacia un futuro sin emisiones de carbono, es fundamental capturar la energía renovable para su uso posterior. Por ello, la empresa danesa Stiesdal Storage Technologies está desarrollando un innovador sistema de almacenamiento de energía térmica que permitirá almacenar energía eléctrica durante horas o semanas enteras. La empresa recurrió a Atlas Copco para el desarrollo de la turbomaquinaria necesaria para el proceso.
En muchas zonas del mundo, la transición hacia el uso de la energía renovable está muy avanzada. Sin embargo, la producción de energía eléctrica limpia y sin emisiones de carbono mediante la utilización de energía eólica y solar variará en función de la disponibilidad. A veces producimos demasiada energía y tenemos que eliminar el exceso, mientras que otras veces necesitamos más energía de la que hay disponible. El reto consiste en reducir los desequilibrios que existen entre la demanda y la producción de energía. Tomemos el ejemplo de Dinamarca, que obtiene el 50 % de su electricidad a partir de la energía eólica que aprovechan enormes turbinas eólicas: "Si instalamos turbinas eólicas con una capacidad del 50 %, obtendríamos aproximadamente un 45 % de energía eólica. Sin embargo, si se instalaran turbinas con una capacidad del 100 %, sólo obtendríamos el 60 %", afirma Bo Birkemose, responsable de operaciones de la empresa danesa de tecnología climática Stiesdal Storage Technologies, parte del Grupo Stiesdal. "Esto se debe a que no necesitamos toda la energía en el momento en que la producimos. Así pues, o bien producimos más cantidad de la que necesitamos y tenemos que eliminarla, o bien nos encontramos ante situaciones en las que no podemos producir toda la energía que necesitamos".
Un concepto probado con una nueva aplicación
Stiesdal tiene un plan para solucionar este problema. Su sistema de almacenamiento de energía GridScale se basa en una tecnología sencilla que tiene cientos de años: el almacenamiento de energía térmica.
La solución de Stiesdal es un sistema de almacenamiento de energía térmica por bombeo que utiliza roca triturada caliente y fría como medio de almacenamiento de bajo costo y sin emisiones de carbono. Sin embargo, la necesidad de la solución de contar con tecnología de turbocompresores y turboexpansores llevó a Stiesdal Storage Technologies a recurrir a Atlas Copco hace un par de años.
"GridScale almacena la electricidad en una solución económica y sencilla que contiene una gran cantidad de piedras", explica Rasmus Rubycz, director de mercado de New Energy de la división Gas & Process de Atlas Copco y parte del equipo de Atlas Copco que trabaja con Stiesdal Storage Technologies en este proyecto.
"Las baterías de litio son una posibilidad y cada vez más económicas, pero solo son económicamente viables por menos de 12 horas y son más eficientes únicamente durante 4 horas", añade Rasmus Rubycz.
El hidrógeno podría ser una opción para un gran almacenamiento de larga duración. Sin embargo, la eficiencia de conversión es muy baja y el almacenamiento de hidrógeno en su forma pura es complicado y costoso a gran escala.
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"La solución de Stiesdal elimina el problema de las baterías”, continúa Rasmus. "Solo requiere acero, piedras y un menor aislamiento. Además, es respetuosa con el medioambiente, ya que utiliza materiales fácilmente disponibles, y mantiene las distancias entre las baterías y el hidrógeno".
"Lo que necesitábamos era una solución económica y fácil de fabricar, transportar e instalar. Queríamos que se fabricara por completo para que la puesta en marcha e instalación en sitio fueran muy breves y sencillas, como ocurre con los aerogeneradores", afirma Bo Birkemose. "No solo estamos desarrollando un proyecto de demostración, sabemos que nuestra solución se puede poner en marcha a gran escala en poco tiempo".
"Una colaboración abierta y de confianza"
"Aunque seamos muy conocidos en algunos sectores, también nos estamos adentrando en algunas áreas muy novedosas en las que somos una pequeña empresa emergente. Por lo tanto, como una de las preocupaciones que podría tener la gente es la turbomaquinaria, en este sentido nos beneficiamos de la experiencia y el reconocimiento de Atlas Copco", explica Bo Birkemose.
"En lo que respecta a la colaboración estratégica, Atlas Copco también se beneficia de nosotros porque aportamos la experiencia adquirida durante décadas como líderes en el sector eólico. Pero lo más importante es que somos una pequeña empresa que puede recurrir a una organización de este tamaño y establecer una buena comunicación basada en el respeto mutuo por las competencias de los demás. Es decir, se trata de una colaboración muy abierta y de confianza", añade Bo Birkemose.
Según Harald Dany, responsable de la línea de negocio de almacenamiento de energía térmica de la división Gas & Process de Atlas Copco, esta colaboración es "una gran historia".
"Stiesdal tuvo esta gran idea, pero faltaba parte de la tecnología que necesitaba para llevarla a cabo. Por ello, buscaba una empresa que le ayudara a desarrollar la maquinaria para hacer su idea realidad", comenta Harald. "En ese momento, es cuando entra Atlas Copco. Ayudamos a nuestros clientes a ir más allá de la tecnología y desarrollarla en función de las necesidades del cliente".
¿Qué sucede a continuación?
El proceso de desarrollo se ha llevado a cabo desde 2019. Hanna Hörmeyer, Ingeniero en Diseño de la división Gas & Process de Atlas Copco, explica que los principales retos de I+D han girado en torno al impacto que las altas temperaturas de funcionamiento pueden tener en la turbomaquinaria de este tamaño.
"El desafío consistía en desarrollar una turbomaquinaria de este tamaño que soportara unas temperaturas tan elevadas. Todo comenzó con el diseño aerodinámico y, a continuación, iniciamos el diseño mecánico, para el que nos centramos en el impacto que estas altas temperaturas pueden tener en el diseño y en el propio material", explica Hanna.
"Debemos tener en cuenta muchos desafíos, pero es una gran opción para utilizar la energía renovable de una forma mucho más eficiente. Se trata de una solución muy prometedora, que nos permite dar un paso más para cuidar mejor de nuestro planeta. Estoy muy contenta de trabajar en este proyecto”.
Stiesdal Storage Technologies pretende instalar plantas prototipo en distintas ubicaciones a nivel mundial en 2022, antes de la primera iteración comercial en 2023. La primera planta de demostración se está instalando actualmente en Lolland, una isla danesa situada en el mar Báltico que cuenta con una gran cantidad de energías renovables, y se cargará con la energía sobrante de los parques eólicos y solares de la isla.
Bo Birkemose identifica una serie de segmentos de clientes diferentes, por ejemplo, en ubicaciones remotas alejadas de las redes eléctricas, como parques eólicos apartados de las ciudades, o en minas que actualmente dependen en gran medida de generadores diésel.
"La belleza de nuestra opción tecnológica es en realidad su falta de tecnología", señala Birkemose. "Se trata de un concepto probado que puede ampliarse en poco tiempo. Lo que nos hace levantarnos cada mañana es saber que las tecnologías en las que trabajamos contribuirán de forma significativa para lograr un futuro mejor y más limpio".
La tecnología de GridScale se basa en dos invenciones trascendentales del siglo XIX: el ciclo de Brayton, que es la base de la turbina de gas convencional, y el ciclo de Carnot, un estándar de rendimiento de todos los motores térmicos que funcionan entre una temperatura alta y una baja. La adaptación de estos principios establecidos en una nueva idea de almacenamiento de energía térmica fue obra de Henrik Stiesdal, el visionario fundador de la empresa que lleva su nombre.
GridScale puede ilustrarse mejor como un sistema de bombas de calor que mueve la energía entre una cantidad variable de depósitos separados para almacenar calor y frío respectivamente, en función de la capacidad elegida.
Dado que la temperatura máxima del depósito de almacenamiento en frío es mucho menor que la del depósito de almacenamiento en caliente, el primero puede utilizar básicamente cualquier tipo de roca triturada. Por el contrario, el único requisito del depósito de almacenamiento en caliente es la capacidad para soportar altas temperaturas, un aspecto característico de muchos tipos de rocas.
No se produce ninguna degradación de los materiales de almacenamiento de roca triturada, y la capacidad de almacenamiento nominal de GridScale está disponible durante toda la vida útil del sistema.
La gama GridScale cubre tanto la duración de entre 12 y 18 horas requerida para equilibrar diariamente la energía solar, como la duración de entre 3 y 7 días requerida para equilibrar la energía eólica en los intervalos deficientes provocados por los periodos de poco viento.
"Si tomamos a Dinamarca, al contar con una capacidad de almacenamiento de energía térmica equivalente a un día, se aumenta la cantidad de energía utilizable hasta un 75 %", comenta Bo Birkemose, responsable de operaciones de Stiesdal Storage Technologies.
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