A medida que las redes eléctricas se enfrentan a una presión creciente debido a la demanda cada vez mayor, el envejecimiento de la infraestructura y la intermitencia de la generación de energía renovable, la capacidad de suministrar energía confiable bajo demanda ya no es una opción, sino un elemento fundamental para el crecimiento económico.

Existe un consenso creciente de que las tecnologías de almacenamiento de energía se están convirtiendo en un pilar de los sistemas eléctricos modernos, y cuando la mayoría de la gente piensa en almacenamiento de energía, piensa en las baterías de un control remoto de televisión o de un automóvil eléctrico. Ampliar el almacenamiento de energía a nivel de red representa un cambio de paradigma.

¿Qué pasaría si el almacenamiento de energía consistiera en almacenar aire comprimido en cavernas de roca a miles de metros bajo tierra, utilizando componentes ampliamente utilizados en la industria energética y del petróleo y el gas, y con la misma mano de obra que garantizó la seguridad energética mundial durante décadas? Esto no es una hipótesis, ya está sucediendo.

Almacenamiento subterráneo. Beneficios en superficie

Durante décadas, las cavernas subterráneas se han utilizado para almacenar productos energéticos como propano y butano. De hecho, cerca de 200 cavernas se utilizan en todo el mundo para equilibrar la oferta y la demanda de hidrocarburos. Han pasado prácticamente desapercibidos porque están ocultos a plena vista, alimentando silenciosamente los sistemas energéticos desde el subsuelo. El almacenamiento avanzado de energía mediante aire comprimido (A-CAES) sigue el mismo principio: almacenamiento subterráneo que proporciona beneficios en la superficie.

El A-CAES almacena energía en cavernas de roca, ofreciendo fiabilidad donde la red más la necesita. Una sola instalación A-CAES de 500 MW y 8 horas de autonomía puede almacenar suficiente electricidad para abastecer una ciudad del tamaño de Boston durante ocho horas en menos de 40 hectáreas de terreno. Dado que la instalación de almacenamiento de energía está construida en la roca, no se requieren minerales críticos y las cavernas no se degradan, a diferencia de las baterías convencionales.

Por qué la geología es importante

Las instalaciones A-CAES se construyen en formaciones geológicas de roca dura. Las formaciones adecuadas incluyen rocas ígneas y metamórficas, que son naturalmente impermeables y autoportantes, lo que las hace ideales para el A-CAES. Este es el mismo tipo de roca con el que se fabrican muchas encimeras de cocina. En promedio, aproximadamente un tercio de la superficie terrestre es apta para cavernas A-CAES.

Gracias a la amplia disponibilidad de esta geología a 600 metros de profundidad, los proyectos pueden ubicarse de forma flexible cerca de las zonas que los necesitan, en áreas con alta demanda eléctrica y acceso a la red de transmisión, sin la gran cantidad de terreno y agua ni la infraestructura de transmisión que requieren otras tecnologías de almacenamiento.

Hydrostor evalúa los posibles emplazamientos de los proyectos mediante una rigurosa evaluación geológica que incluye caracterizaciones de pozos y pruebas de laboratorio para determinar la resistencia, la impermeabilidad y la insolubilidad de la roca. Aproximadamente entre el 25 % y el 30 % del coste total del proyecto corresponde a la construcción subterránea, cuyo riesgo se reduce mediante múltiples perforaciones de verificación.

Cómo funciona A-CAES

En esencia, A-CAES funciona como una batería de aire gigante. Al descargarse, la caverna se inunda de agua. Para la carga, se inyecta aire comprimido en la caverna, desplazando el agua hacia arriba, a un depósito superficial. La carga es del 100 % cuando la caverna está llena de aire. Para la descarga, el agua fluye de vuelta a la caverna, empujando el aire comprimido hacia la superficie para generar electricidad. La caverna opera a una presión constante, con el peso de la columna de agua actuando como un enorme pistón subterráneo.

A pesar de su tamaño, estos sistemas operan a una presión relativamente moderada, alrededor de 75 bares. En comparación, las bombonas de buceo operan entre 200 y 300 bares. Cada proyecto requiere un llenado único de agua (aproximadamente 150 metros cúbicos por MWh), equivalente a llenar unas 50 piscinas olímpicas (de 10 m de profundidad) para un sistema de 500 MW y 8 horas de funcionamiento. Esto significa que el sistema A-CAES utiliza hasta diez veces menos agua y veinte veces menos terreno que una central hidroeléctrica de bombeo de tamaño equivalente (con una altura de presa de 120 m).

Construida localmente y para durar

La construcción de una caverna A-CAES consta de tres pasos principales:

• 1. Perforación del pozo n.° 1: Mediante detonaciones controladas desde la superficie hasta la profundidad de la caverna (de 0 a 609,6 metros), se crea el pozo inicial. Este pozo se convierte en el pozo de aire, que transportará aire comprimido durante las operaciones de la planta. El pozo final tiene un diámetro de 1,22 m.

• 2. Excavación de la caverna: El equipo de minería se baja a través del pozo de aire, donde se vuelve a ensamblar bajo tierra y se utiliza para excavar la caverna. La roca excavada se extrae a través del pozo n.° 1.

• 3. Perforación del pozo n.° 2: El segundo pozo se crea mediante un proceso de perforación vertical (método mecánico utilizado para excavar pozos verticales sin explosivos) desde la profundidad de la caverna a 609,6 m hasta la superficie. Este pozo se convierte en el pozo de agua, que se reviste y cementa y se extiende hasta un sumidero bajo el piso de la caverna para mantener el sello de agua. El pozo de agua final tiene un diámetro de 2,44 m.

Cada proyecto se basa en décadas de experiencia en ingeniería y construcción, y cuenta con cientos de trabajadores cualificados de las industrias minera y de petróleo y gas.

Las cavernas se excavan siguiendo un diseño de cámaras y pilares, ampliamente utilizado en la minería subterránea por su flexibilidad y altas medidas de seguridad, lo que garantiza la integridad de la caverna durante más de 50 años de vida útil.

Energía bajo los pies

A medida que la red eléctrica evoluciona, las soluciones más potentes no siempre son visibles. A veces, se encuentran bajo la superficie, construidas sobre cadenas de suministro, mano de obra e infraestructuras probadas y diseñadas para perdurar durante generaciones.

Por Chris Phebus, Chief Technology Officer.