Una maxibatería hecha de aire
En un túnel bajo los Alpes suizos se instala un sistema innovador para almacenar electricidad bajo la forma de aire comprimido. Un proyecto único en el mundo que podría dar un impulso decisivo a las energías renovables. Y reafirmar el papel de Suiza como batería de Europa.
Conservar la energía excedentaria producida por las centrales solares y eólicas forma parte de los desafíos principales del viraje al empleo de fuentes renovables de energía. El sol y el viento producen, en efecto, electricidad de modo irregular. A veces sucede que se dispone de mucha energía en periodos de baja demanda. Entonces, ¿cómo hacer uso de ella?
La respuesta de Giw Zanganeh, joven ingeniero de la Escuela Politécnica Federal de Zúrich (EPFZ), tiene su base en el uso del aire comprimido. Más precisamente, en el almacenamiento del aire en galerías y espacios escavados en la montaña.
El principio es simple, explica el responsable de Alacaes, un proyecto sostenido por la Oficina Federal de la Energía. “Con la energía excedentaria se hace funcionar un compresor que bombea el aire hacia el túnel. Al momento en el que se necesita, se invierte el flujo y el aire comprimido acciona una turbina que fabrica electricidad”.
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Aire comprimido para almacenar energía
Ambiente submarino en la caverna
Para la almacenadora energética del proyecto piloto Alacaes, con un costo de 4 millones de francos, se seleccionó un túnel en desuso al norte de Biasca, en el Tesino. Hasta hace poco servía para transportar los materiales de excavación del túnel ferroviario de base del San Gotardo, inaugurado recientemente.
“La cavidad sigue igual”, dice Giw Zanganeh, quien nos guía al interior de la galería, a bordo de su automóvil. Avanzamos unos 700 metros en la oscuridad total antes de llegar a donde se encuentran dos voluminosas máquinas. Son los compresores para bombear el aire. “Se trata de compresores especiales, una nueva tecnología”, subraya el ingeniero de origen iraní. Un poco más lejos, accedemos a la sala de acumulación del aire, protegida por una puerta de acero.
En esa sala de 100 metros de largo, el aire se comprime a 33 barias. Para hacerse una idea, esta medida corresponde a la presión del agua a 300 metros de profundidad. Laborar en estas condiciones extremas entraña dificultades mayores, observa Giw Zanganeh. Para vigilar la instalación, por ejemplo, han sido instaladas cámaras especiales utilizadas para tareas submarinas.
El objetivo de la fase piloto es estudiar la reacción de la roca a la alta presión del aire, evaluar su impermeabilidad y la presencia de eventuales vibraciones. Contrariamente a las instalaciones geotérmicas, el riesgo de provocar un temblor de tierra es prácticamente inexistente, porque la roca no está perforada, añade el ingeniero.
Recuperar el calor
Las instalaciones de almacenamiento de la energía en forma de aire comprimido (tecnología CAES: Compressed Air Energy Storage) no son una novedad. Las primeras fueron construidas en Alemania en 1978 y las segundas entraron en función en los Estados Unidos al inicio de los años 90. Con respecto a estos dos proyectos, realizados en minas de sal, el de Biasca tiene un rendimiento mayor, afirma Giw Zanganeh. “Y esto se debe a la recuperación del calor”.
Cuando el aire se comprime, su temperatura aumenta. Es un fenómeno físico. El aire puede alcanzar los 550°C. Un calor muy elevado como para poder almacenar este aire sin peligro. En Alemania y en Estados Unidos, ese calor se disipa. Pero Giw Zanganeh ha concebido un sistema para conserva esta energía y usarla durante la fase de conversión del aire en electricidad, una de las innovaciones del proyecto piloto de Alacaes.
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Un reservorio térmico con piedras
Gracias a la gestión del calor, el proyecto de Biasca tiene un rendimiento del 72%, comparado al del 45-50% de las instalaciones en Alemania y EE.UU. “Nos acercamos así a la eficiencia de los sistemas de bombeo con turbinas de las centrales hidroeléctricas. Pero somos menos costosos y más sostenibles desde el punto de vista medioambiental. No hay que realizar diques y lagos de reserva en la naturaleza”, añade el especialista iraní.
Sistema prometedor, pero a perfeccionar
“Además del bajo impacto ecológico, recurrir al aire comprimido podría garantizar la disponibilidad de grandes cantidades de energía durante un periodo prolongado. Una exigencia que se vuelve cada vez más importante”, afirma Maurizio Barbato, profesor en el instituto CIM, para la sostenibilidad de la innovación de la Escuela Universitaria Profesional de la Suiza de expresión italiana.
10% de electricidad en los lagos
Suiza dispone de una capacidad de almacenamiento de energía superior a la de Europa, indica Sophia Haussener. 10% de su electricidad puede almacenarse en el sistema de bombeo con turbinas (es decir, en los reservorios lacustres). En Europa, es del 5%.
No obstante, esta tecnología, y especialmente la del almacenamiento térmico, todavía no se ha perfeccionado, puntualiza Barbato, quien sigue de cerca el experimento de Biasca en el marco del programa del Fondo Nacional de Investigación. (PNR70Enlace externo). El uso de la roca, explica, no permite garantizar una temperatura constante del aire al salir, condición indispensable para el buen funcionamiento de las turbinas.
Los politécnicos de Zúrich y Lausana estudian la manera de mejorar el sistema, con el uso de aleaciones metálicas.
La tecnología de Alacaes es muy interesante, concuerda Sophia Haussener, investigadora del Laboratorio de Ciencia e Ingeniería de la Energía Renovable de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL). “Pero su límite es tal vez el de la densidad energética, relativamente baja: la cantidad de energía que puede ser almacenada por unidad de volumen es 5 a 10 veces menor que la de una batería recargable”.
El consumo de Lugano en un cubo
En Europa, sobre todo en el norte, donde se produce cada vez más electricidad con el viento, un sistema de aire comprimido podría tener un gran potencial. Idealmente, comenta
Maurizio Barbato, esa ‘maxibatería’ debería estar cerca de los parques eólicos. “Pero para zonas eólicas de planicie, como las de Alemania, no sería fácil el procedimiento. Habría que instalar a cientos de metros de profundidad los reservorios o construir costosos depósitos herméticos en la superficie”. Un país de montañas, cavernas y galerías como Suiza puede entonces tener un papel relevante en el desarrollo de esta técnica, añade.
Pero Giw Zanganeh no cree en soluciones en el caso del empleo de túneles o en los antiguos refugios militares en los Alpes. Los primeros, muy largos y los segundos, muy pequeños, no son los indicados para minimizar las pérdidas de calor. La forma ideal es el cubo, o la esfera, que tienen una relación de superficie y volumen menor.
“Un cubo de 48 metros de radio permitiría conservar 500 MWh de energía. Y el consumo de la ciudad de Lugano [con cerca de 70 000 habitantes] durante doce horas”, calcula el ingeniero.
Si las pruebas en Alacaes dan buenos resultados, Suiza podría reafirmarse como la batería eléctrica de Europa. Y contribuir a la estabilización de la red europea, al compensar las fluctuaciones de la producción eléctrica a través de fuentes eólicas y solares.
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(Traducción del italiano: Patricia Islas)
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