El almacenamiento de electricidad en forma de energía potencial gravitacional es considerada la tecnología de acumulación energética más antigua, siendo el ejemplo más común la generación hidráulica reversible, si bien no es el único sistema técnicamente viable.
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PRINCIPIOS FÍSICOS
Un cuerpo, por su localización respecto a un punto determinado, dispone de una cantidad de energía potencial gravitacional que es directamente proporcional a la gravedad a la que se vea sometido, su masa y a la altura a la que se encuentre respecto a dicho punto:
Energía potencial gravitatoria → EP = (g · m · Δz) / 3.600.000 ≡ [kWh]
| g ≡ Gravedad de la tierra ≈ 9,81 [m/s2] |
| m ≡ Masa del cuerpo ≡ [kg] |
| Δz ≡ Diferencia de altura entre el cuerpo y punto de referencia ≡ [m] |
La masa del cuerpo (m) puede tratarse, por ejemplo, de un volumen de agua embalsada a gran altura o un peso suspendido por una grúa. El punto de referencia es hasta donde va a descender el cuerpo, como la base del embalse o el suelo respectivamente.
Cabe aclarar que una energía potencial negativa significa que hay que invertir energía para llegar al destino final, esto ocurre cuando el cuerpo se encuentra a una cota inferior que el punto de referencia tomado, ya que elevar una masa implica un gasto energético.
PROCESO DE CARGA Y DESCARGA
Al perder altura el cuerpo, la energía potencial se transforma en energía cinética (el cuerpo gana velocidad), la cual es usada para el accionamiento de generadores o alternadores que a su vez transforman el movimiento producido en energía eléctrica.
Energía potencial gravitacional → Energía cinética → Energía eléctrica
Hay que tener en cuenta que habrá pérdidas mecánicas y eléctricas, las cuales se producen tanto el proceso de almacenamiento de energía (i.e. al elevar la masa), como durante la descarga. El cociente entre la energía extraída al final del proceso y la invertida en un principio se denomina eficiencia de ida y vuelta (round-trip efficiency).
Carga: Energía eléctrica invertida → Energía cinética + Pérdidas→ Energía potencial + Pérdidas
Descarga: Energía potencial → Energía cinética + Pérdidas → Energía eléctrica extraída + Pérdidas
Eficiencia de ida y vuelta = Energía eléctrica extraída / Energía eléctrica invertida · 100 ≡ [%]
Esta eficiencia global para los sistemas generación hidráulica reversible, que son los predominantes actualmente, ronda el 80%, mientras que los nuevos métodos mediante masas en suspensión (e.g. Energy Vault) o elevadas por railes (e.g. Ares) es del ~ 90%, si bien estos sistemas a fecha de hoy (9/2021) aún no han demostrado su viabilidad comercial.
Las ventajas de esta tecnología frente a los sistemas de acumulación de baterías son su elevada vida útil y fabricación con materiales abundantes. Como inconvenientes caben destacar que no se pueden instalar en cualquier terreno y que su campo de aplicación se limita al almacenamiento energético a gran escala.
EJEMPLOS DE PLANTAS
A continuación se exponen varios ejemplos de este tipo de instalaciones de almacenamiento, cuyo objetivo principal cabe recordar es acumular el exceso de producción de la red eléctrica para liberarlo en los momentos con más demanda, por lo que no necesariamente disponen de capacidad de generación por si solas.
| Parámetros | Valores |
|---|---|
| Nombre | Central hidroeólica de El Hierro |
| Ubicación | Isla de el Hierro (Islas Canarias, España) |
| Tecnología de almacenamiento | Hidráulica reversible |
| Tecnología de generación | Energía eólica |
| Potencia de almacenamiento | 11,3 [MW] |
| Capacidad de almacenamiento | ~ 265 [MWh] |
| Potencia de generación | 11,5 [MW] |
| Parámetros | Valores |
|---|---|
| Nombre | EV1 CDU Castione |
| Ubicación | Arbedo-Castione (Tesino, Suiza) |
| Tecnología de almacenamiento | Almacenamiento gravitacional |
| Tecnología de generación | X (red eléctrica) |
| Potencia de almacenamiento | 8 [MW] |
| Capacidad de almacenamiento | 80 [MWh] |
| Potencia de generación | 0 [MW] |
| Parámetros | Valores |
|---|---|
| Nombre | ARES Nevada Project | en construcción |
| Ubicación | Pahrump (Nevada, EEUU) |
| Tecnología de almacenamiento | Almacenamiento gravitacional |
| Tecnología de generación | X (red eléctrica) |
| Potencia de almacenamiento | 50 [MW] |
| Capacidad de almacenamiento | 50 [MWh] |
| Potencia de generación | 0 [MW] |
| Parámetros | Valores |
|---|---|
| Nombre | Edinburgh Demonstrator |
| Ubicación | Edimburgo (Escocia, UK) |
| Tecnología de almacenamiento | Almacenamiento gravitacional |
| Tecnología de generación | X (red eléctrica) |
| Potencia de almacenamiento | 250 [kW] |
| Capacidad de almacenamiento | ~ 620 [kWh] (estimaciones propias) |
| Potencia de generación | 0 [kW] |