Una nueva investigación sugiere que los embalses de agua agrícola de Australia podrían ser una solución innovadora de almacenamiento de energía para energías renovables variables.
Se podrían construir más de 30.000 sistemas de almacenamiento de energía hidroeléctrica con microbombeo aprovechando las represas agrícolas existentes. Crédito de la imagen: Pixabay, licencia gratuita.
Se podrían construir decenas de miles de sitios de almacenamiento de energía hidroenergética en pequeña escala a partir de las represas agrícolas de Australia, lo que respaldaría la adopción de recursos confiables, sistemas de energía bajos en carbono en comunidades rurales, sugiere una nueva investigación dirigida por la UNSW-Sydney.
El estudio, publicado en Energía Aplicada, descubre que los embalses agrícolas, como los que se utilizan para el riego con energía solar, podrían conectarse para formar sistemas de almacenamiento de energía hidroeléctrica con microbombeo, versiones de tamaño doméstico del proyecto de represa hidroeléctrica Snowy Hydro. Es el primer estudio en el mundo que evalúa el potencial de estos sistemas a pequeña escala como una solución innovadora de almacenamiento de energía renovable.
Sistema de riego agrícola. Crédito de la imagen: deraugustodesign vía Pixabay, CC0 Dominio público
Con el creciente cambio hacia fuentes de energía variables como la eólica y la solar fotovoltaica, almacenar el excedente de energía es esencial para garantizar un suministro de energía estable y confiable. En otras palabras, cuando no sale el sol o no sopla el viento, la energía almacenada puede ayudar a equilibrar el suministro y la demanda de energía en tiempo real y superar el riesgo de escasez y sobrecargas.
En un sistema de almacenamiento de energía hidroeléctrica con microbombeo, el exceso de energía solar de los períodos de alta producción se almacena bombeando agua a un depósito alto, que se libera de nuevo a un depósito bajo cuando se necesita más energía, fluyendo a través de una turbina. -generador conectado para generar electricidad.
Sin embargo, la construcción de nuevos depósitos de agua para el almacenamiento de energía hidroeléctrica mediante microbombeo puede resultar costosa.
«La transición a sistemas energéticos con bajas emisiones de carbono, como la energía eólica y la solar fotovoltaica, necesita soluciones de almacenamiento de energía rentables a todas las escalas», afirma Dr. Nicolás Gilmoreautor principal del estudio y profesor de la Escuela de Ingeniería Mecánica y de Fabricación en Ingeniería de la UNSW.
«Pensamos: si tienes la suerte geográfica de tener dos volúmenes de agua importantes separados con suficiente elevación, podrías tener el potencial de tener tu propio sistema de almacenamiento de energía hidroeléctrica».
Los sistemas de almacenamiento de energía hidráulica con microbombeo almacenan el exceso de energía solar de los períodos de alta producción bombeando agua a un depósito alto, que se libera a un depósito bajo cuando se necesita más energía. Crédito de la imagen: UNSW
Liberar el potencial sin explotar de las represas agrícolas
Para el estudio, el equipo, que también incluyó investigadores de la Universidad Deakin y la Universidad Tecnológica de Sydney, utilizó imágenes satelitales para crear pares de embalses agrícolas únicos en toda Australia a partir de un conjunto de datos de represas agrícolas de 2021.
Luego utilizaron algoritmos de teoría de grafos (una rama de las matemáticas que modela cómo se pueden organizar e interconectar los nodos) para filtrar sitios comercialmente prometedores según su capacidad y pendiente mínimas.
«Si hay muchas represas muy cerca, no es viable conectarlas en todas las combinaciones», dice Dr. Thomas Britzcoautor del estudio y profesor titular en Ciencia de la UNSW‘s Escuela de Matemáticas y Estadística. Entonces, utilizamos estos algoritmos de teoría de grafos para conectar las mejores configuraciones de presas con una capacidad energética razonable”.
De casi 1,7 millones de represas agrícolas, los investigadores identificaron más de 30.000 sitios en toda Australia como prometedores para el almacenamiento de energía hidroeléctrica con microbombeo. Un sitio promedio podría proporcionar hasta 2 kW de potencia y 30 kWh de energía utilizable, suficiente para hacer una copia de seguridad de una casa del sur de Australia durante 40 horas.
«Identificamos decenas de miles de estos sitios potenciales donde se podrían instalar sistemas de almacenamiento de energía hidráulica con microbombeo sin tener que realizar costosas construcciones de embalses», dice el Dr. Gilmore. «Son miles de hogares que potencialmente podrían aumentar su uso de energía solar, ahorrar dinero en sus facturas de energía y reducir su huella de carbono».
El equipo de investigación también comparó un sitio hidroeléctrico con microbombas con una batería de iones de litio disponible comercialmente en sistemas de riego con energía solar. A pesar de la baja eficiencia de descarga, descubrieron que el almacenamiento hidráulico por bombeo era un 30 por ciento más barato para una carga grande de un solo ciclo debido a su alta capacidad de almacenamiento.
«Si bien el desembolso inicial de un sistema de almacenamiento de energía hidráulica con microbombeo es mayor que el de una batería, las ventajas son una mayor capacidad de almacenamiento y una posible durabilidad durante décadas», afirma el Dr. Gilmore. «Pero ese costo se reduce significativamente de todos modos al aprovechar los embalses existentes, lo que también tiene el beneficio adicional de un menor impacto ambiental».
La construcción de sistemas de energía hidroeléctrica con microbombeo a partir de represas agrícolas existentes también podría ayudar a las zonas rurales susceptibles a cortes de energía que necesitan una fuente de energía de respaldo segura y confiable. La energía de respaldo de la batería generalmente se limita a menos de medio día, mientras que los generadores, aunque potentes, dependen de un suministro de combustible asequible y producen emisiones nocivas.
«Las personas que se encuentran al margen de la red eléctrica pueden estar más expuestas a cortes de energía y el suministro puede ser menos confiable», dice el Dr. Gilmore. «Si hay un corte de energía durante un incendio forestal, por ejemplo, un sistema hidráulico de bombeo le dará suficiente energía para un día, mientras que una batería suele durar alrededor de ocho horas».
Aunque son alentadores, los investigadores dicen que algunas limitaciones del estudio requieren un análisis más detallado, incluidas las fluctuaciones en la disponibilidad de agua, la programación de las bombas y la eficiencia de la descarga.
«Nuestros hallazgos son alentadores para un mayor desarrollo de esta tecnología emergente, y hay mucho margen para futuras mejoras tecnológicas que harán que estos sistemas sean cada vez más baratos con el tiempo», afirma el Dr. Gilmore.
«El siguiente paso sería crear un sitio piloto, probar el rendimiento de un sistema en acción y modelarlo en detalle para obtener la validación en el mundo real. ¡Tenemos 30.000 candidatos potenciales!»
Fuente: UNSW
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Publicado anteriormente en The European Times.
