La energía hidroeléctrica de bombeo proporciona la gran mayoría del almacenamiento de energía a largo plazo esencial para la energía renovable

HidroelectricidadEnergía renovable

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25 de enero de 2022.

Un equipo de investigadores encontró 35,000 XNUMX pares de embalses, lagos y minas antiguas existentes en los EE. UU. que podrían convertirse en almacenamiento de energía a largo plazo, y no necesitan represas en los ríos.

 

By Andrew Blakers

Profesor de Ingeniería, Universidad Nacional de Australia

y Bin Lu

Investigador, Universidad Nacional de Australia

y mateo acciones

Investigador, Facultad de Ingeniería y Ciencias de la Computación ANU, Universidad Nacional de Australia


 

Para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero de EE. la mitad en una década, el objetivo de la administración Biden, EE. UU. necesitará mucha más generación de energía solar y eólica, y mucho almacenamiento de energía barata.

 

La energía eólica y solar varían a lo largo del día, por lo que el almacenamiento de energía es esencial para proporcionar un flujo continuo de electricidad. Pero las baterías de hoy en día suelen ser bastante pequeñas y almacenan suficiente energía para solo unas pocas horas de electricidad. Para depender más de la energía eólica y solar, EE. UU. también necesitará más almacenamiento durante la noche y a más largo plazo.

 

Si bien las innovaciones de la batería llamar mucho la atención, existe una técnica de almacenamiento a largo plazo simple y comprobada que se ha utilizado en los EE. UU. desde la década de 1920.

 

Se llama almacenamiento de energía hidroeléctrica bombeada. Implica bombear agua cuesta arriba de un reservorio a otro en una elevación más alta para su almacenamiento, luego, cuando se necesita energía, liberar el agua para que fluya cuesta abajo a través de turbinas, generando electricidad en su camino hacia el reservorio más bajo.

 

Figura 1: Dos tipos de energía hidroeléctrica de almacenamiento por bombeo; uno no requiere un río.

Dos tipos de energía hidroeléctrica de almacenamiento por bombeo; uno no requiere un río.

 

El almacenamiento hidroeléctrico por bombeo a menudo se pasa por alto en los EE. UU. debido a la preocupación por el impacto de la energía hidroeléctrica en los ríos. Pero lo que mucha gente no se da cuenta es que la mayoría de los mejores sitios de almacenamiento hidroeléctrico no se encuentran en absoluto en los ríos.

 

Hemos creado una atlas mundial de sitios potenciales para sistemas hidroeléctricos de bombeo de circuito cerrado (sistemas que no incluyen un río) y encontró 35,000 sitios emparejados en los EE. UU. con buen potencial. Si bien muchos de estos sitios, que ubicamos por satélite, se encuentran en terreno accidentado y pueden no ser adecuados por razones geológicas, hidrológicas, económicas, ambientales o sociales, estimamos que solo se necesitan unos pocos cientos de sitios para apoyar un sistema eléctrico estadounidense 100 % renovable.

 

Por qué la energía eólica y solar necesitan almacenamiento a largo plazo

 

Para funcionar correctamente, las redes eléctricas deben poder hacer coincidir el suministro de electricidad entrante con la demanda de electricidad en tiempo real o corren el riesgo de escasez o sobrecarga.

 

Hay varias tecnicas que los administradores de la red pueden usar para mantener ese equilibrio con fuentes variables como la eólica y la solar. Estos incluyen compartir energía en grandes regiones a través de líneas de transmisión de alto voltaje interestatales, administrar la demanda y usar el almacenamiento de energía.

 

Figura 2: El proyecto hidroeléctrico de bombeo Kidston en Australia utiliza una antigua mina de oro como reservorio.

El proyecto hidroeléctrico de bombeo Kidston en Australia utiliza una antigua mina de oro como reservorio.

 

Las baterías desplegadas en hogares, centrales eléctricas y vehículos eléctricos son las preferidas para tiempos de almacenamiento de energía de hasta unas pocas horas. Son expertos en administrar el aumento de la energía solar al mediodía cuando el sol está arriba y liberarla cuando la demanda de energía alcanza su punto máximo en las noches.

 

La energía hidroeléctrica de bombeo, por otro lado, permite un almacenamiento más grande y más prolongado que las baterías, y eso es esencial en un sistema eléctrico dominado por el viento y la energía solar. También es más barato para el almacenamiento nocturno y a largo plazo.

 

Almacenamiento de energía hidroeléctrica de bombeo fuera del río

 

En 2021, EE. UU. tenía 43 centrales hidroeléctricas de bombeo en operación con una capacidad total de generación de unos 22 gigavatios y una capacidad de almacenamiento de energía de 553 gigavatios-hora. Constituyen el 93% del almacenamiento a gran escala en el país. A nivel mundial, parte de la hidroeléctrica de bombeo de almacenamiento de energía es aún más alto - acerca de 99% del volumen de almacenamiento de energía.

 

Proyectos hidroeléctricos de bombeo puede ser controvertidoparticularmente cuando se trata de presas en los ríos que inundan la tierra para crear nuevos embalses y pueden afectar los ecosistemas.

 

La creación de sistemas de circuito cerrado que utilicen pares de lagos o embalses existentes en lugar de ríos evitaría la necesidad de nuevas presas. Un proyecto planificado en el condado de Bell, Kentucky, por ejemplo, utiliza un antigua mina de carbón a cielo abierto. Poco terreno adicional es necesario excepto para las líneas de transmisión.

 

Figura 3: Ejemplos del atlas de embalses fuera de los ríos con potencial para ser emparejados para hidroeléctrica de bombeo cerca de Castle Rock, Colorado.

Ejemplos del atlas de embalses fuera de los ríos con potencial para ser emparejados para hidroeléctrica de bombeo cerca de Castle Rock, Colorado.

 

Un sistema hidroeléctrico de bombeo fuera del río comprende un par de embalses espaciados varias millas entre sí con una diferencia de altitud de 200 a 800 metros (alrededor de 650 a 2,600 pies) y conectados con tuberías o túneles. Los depósitos pueden ser nuevos o usados. antiguos sitios mineros or lagos o embalses existentes.

 

En días soleados o ventosos, el agua se bombea al depósito superior. Por la noche, el agua fluye de regreso a través de las turbinas para recuperar la energía almacenada.

 

Un par de embalses de 250 acres con una diferencia de altitud de 600 metros (1,969 pies) y una profundidad de 20 metros (65 pies) pueden almacenar 24 gigavatios-hora de energía, lo que significa que el sistema podría suministrar 1 gigavatio de energía durante 24 horas. suficiente para una ciudad de un millón de habitantes.

 

 

El agua puede circular entre los embalses superior e inferior durante cien años o más. Supresores de evaporación – pequeños objetos que flotan en el agua para atrapar el aire húmedo – pueden ayudar a reducir la evaporación del agua. En total, la cantidad de agua necesaria para sustentar un sistema eléctrico 100% renovable es de aproximadamente 3 litros por persona por día, equivalente a 20 segundos de una ducha matinal. Esto es una décima parte del agua evaporada por persona por día en los sistemas de refrigeración de las centrales eléctricas de combustibles fósiles de EE. UU.

 

Almacenamiento para apoyar el 100% de energías renovables

 

Se ha construido poco almacenamiento por bombeo en los EE. UU. en los últimos años porque no ha habido mucha necesidad, pero eso está cambiando.

 

En 2020, aproximadamente tres cuartos de toda la nueva capacidad de energía construida fue energía solar fotovoltaica o energía eólica. Sus costos han ido cayendo, haciéndolos más barato de construir en muchas áreas que los combustibles fósiles.

 

Australia es instalación solar y eólica tres veces más rápido per cápita que los EE. UU. y ya enfrenta la necesidad de de almacenamiento masivo. Tiene dos sistemas bajo construcción que están diseñadas para tener más almacenamiento de energía que todas las baterías de servicios públicos del mundo juntas; otra docena están bajo seria consideración. Ninguno involucra nuevas represas en los ríos. El costo operativo anual es bajo y el fluido de trabajo es agua en lugar de productos químicos para baterías.

 

Cambiar la electricidad a energía renovable y luego electrificar los vehículos y la calefacción puede eliminar la mayoría de las emisiones de gases de efecto invernadero causadas por el hombre. EE. UU. tiene un gran potencial para el almacenamiento hidroeléctrico de bombeo fuera del río para ayudar a que esto suceda, y lo necesitará a medida que se expandan las energías eólica y solar.

 

Este artículo fue publicado originalmente por The Conversation, el 19 de enero de 2022, y se volvió a publicar de acuerdo con el Licencia pública internacional Reconocimiento-No comercial-Sin derivados 4.0 de Creative Commons. Puedes leer el artículo original aquí. Las opiniones expresadas en este artículo pertenecen únicamente al autor y no a WorldRef.


 

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