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Almacenamiento subterráneo de energía por gravedad en minas

A medida que crece la producción de energía a partir de fuentes renovables e intermitentes, se incrementa la necesidad de encontrar tecnologías que puedan capturar y almacenar energía durante los periodos de baja demanda y liberarla rápidamente cuando se necesite. Los sistemas de almacenamiento de energía basados en la gravedad pueden convertir las minas abandonadas en una solución a este problema.

Estos sistemas conocidos como baterías gravitacionales se basan en una idea sencilla: aprovechar el principio de conservación de la energía y, en particular, la posibilidad de convertir la energía potencial (la relativa a la acción de la fuerza del peso, que depende de la altura a la que se encuentra una determinada masa: cuanto más alto está un cuerpo, mayor es la cantidad de energía potencial gravitatoria que posee) en energía eléctrica mediante el llamado «frenado regenerativo», el mismo proceso con el que los coches eléctricos, por ejemplo, recuperan la energía de la desaceleración del vehículo, que de otro modo se perdería.

Básicamente, se trata de dejar caer un cuerpo desde cierta altura y transformar la energía de la caída en electricidad; luego, esperar a que baje el precio de la electricidad y utilizar motores (de nuevo eléctricos) para volver a subir el peso y comenzar así de nuevo el ciclo.

 

Una empresa californiana, Gravity Plant, plantea convertir, gracias a la energía gravitacional, pozos construidos utilizando la tecnología estándar de la industria minera en una especie de baterías de agua.

El concepto de aprovechar la fuerza gravitatoria para almacenar electricidad no es nuevo; de hecho, todas las centrales hidroeléctricas, las que aprovechan la fuerza del peso del agua que fluye de aguas arriba a aguas abajo, funcionan exactamente con el mismo principio.  La novedad es el uso de masas sólidas.

En la actualidad son muchas las empresas y proyectos de investigación que están estudiando técnicas de almacenamiento de «energía gravitatoria sólida», es decir, cómo almacenar energía potencial utilizando materiales sólidos a distintas alturas.

Estos sistemas presentan la gran ventaja de que su tasa de autodescarga es nula. En otras palabras, no hay pérdida de energía por el camino, a diferencia de las baterías convencionales, que se descargan de forma natural.  

Gravitricity

Uno de los proyectos más destacados es el de la start-up escocesa, Gravitricity,  que lleva ya unos años trabajando en ello. De hecho, en abril del año 2022  probó con éxito el primer prototipo de batería gravitatoria bajando un objeto metálico de 50 toneladas desde una torre de 15 metros de altura, produciendo así unos 250 kW de energía.

Actualmente, están probando su tecnología en pozos mineros del Reino Unido, Polonia, Chequia y Sudáfrica y se están preparando para realizar en India su primera instalación.

UGES

Hace unos días, en un artículo publicado en la revista Energies, el grupo de investigadores dirigido por el Instituto Internacional de Análisis de Sistemas Aplicados (IIASA) de Austria propone una técnica denominada UGES que consiste en llenar una mina subterránea de arena para generar electricidad cuando el su coste es elevado y, a continuación, extraer la arena de la mina para almacenar energía cuando la electricidad es barata.

Los principales componentes del sistema UGES son: un pozo vertical, un motor/generador, lugares de almacenamiento superior e inferior y los equipos de minería para gestionar la arena en los depósitos superior e inferior. Cuanto más profundo y ancho sea el pozo, más energía podrá extraerse de la planta, y cuanto mayor sea la mina, mayor será la capacidad de almacenamiento de energía de la planta.

Según los investigadores del IIASA, este sistema tiene de 100 a 1.000 veces más capacidad de almacenamiento de energía que el de Graviticity debido a los lugares de almacenamiento adicionales en la parte superior e inferior de la mina.

Almacenamiento subterráneo por gravedad (UGES)

Esquema de funcionamiento UGES. © J. Hunter et al., 2023

El futuro

Tanto los investigadores de Gravitricity como los del IIASA se han dado cuenta de que aprovechar estructuras subterráneas como las minas tiene muchas ventajas como el ahorro de los costes de excavación y del tiempo necesario. Evidentemente, cuanto más ancha y profunda sea la mina, mayor será la masa que pueda «precipitarse» y, por tanto, mayor será la cantidad de energía almacenada

Además, la mayoria de las minas cuentan con una infraestructura básica y están conectadas a la red eléctrica, lo que reduce significativamente el coste y facilita la implantación de esta tecnología.

UGES, por ejemplo, ofrece ciclos de almacenamiento de energía semanales a plurianuales con unos costes de inversión en almacenamiento de energía de entre 1 y 10 USD/kWh. Se calcula que esta tecnología tiene un potencial mundial de almacenamiento de energía de entre 7 y 70 TWh y puede contribuir al desarrollo sostenible, sobre todo prestando servicios estacionales de almacenamiento de energía.

 Según los investigadores del IIASA, «para descarbonizar la economía, tenemos que replantearnos el sistema energético basándonos en soluciones innovadoras que utilicen los recursos existentes. Convertir minas abandonadas en almacenamiento de energía es un ejemplo de las muchas soluciones que existen a nuestro alrededor».

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