Apilar bloques de hormigón es una forma sorprendentemente eficiente de almacenar energía #CatSegurosNoticias #CatSegurosInforma #Ciencia #Tecnologia


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Gracias a la red eléctrica moderna, tiene acceso a la electricidad siempre que lo desee. Pero la red solo funciona cuando se genera electricidad en las mismas cantidades que se consume. Dicho esto, es imposible mantener el equilibrio todo el tiempo. Por lo tanto, los operadores flexibilizan las redes al agregar formas de almacenar el exceso de electricidad para cuando la producción disminuya o aumente el consumo.

Aproximadamente el 96% de la capacidad mundial de almacenamiento de energía se presenta en forma de una tecnología: bombeo hidráulico. Cuando la generación excede la demanda, el exceso de electricidad se usa para bombear agua a una presa. Cuando la demanda excede la generación, se permite que caiga el agua -gracias a la gravedad- y la energía potencial convierte a las turbinas en electricidad.

Pero el almacenamiento con bombeo hidráulico requiere geografías particulares, con acceso al agua y a los embalses a diferentes altitudes. Es la razón por la que aproximadamente tres cuartas partes de todo el almacenamiento hidráulico bombeado se ha construido en solo 10 países . El problema es que el mundo necesita agregar mucho más almacenamiento de energía, si vamos a seguir agregando la energía eólica y solar intermitente necesaria para reducir nuestra dependencia de los combustibles fósiles.

Una startup llamada Energy Vault cree que tiene una alternativa viable a la hidrobomba: en lugar de usar agua y presas, la startup utiliza bloques de hormigón y grúas. Ha estado funcionando en modo sigiloso hasta hoy (18 de agosto), cuando se anunciará su existencia en Kent Presents , un festival de ideas en Connecticut.

En una calurosa mañana de julio, viajé a Biasca, Suiza, a unas dos horas al norte de Milán, Italia, donde Energy Vault ha construido una planta de demostración, aproximadamente una décima parte de una operación a gran escala. Todo el asunto, desde la idea hasta una unidad funcional, llevó unos nueve meses y menos de $ 2 millones. Si este tipo de innovación de baja tecnología y bajo costo pudiera ayudar a resolver incluso unas pocas partes del enorme problema de almacenamiento de energía, tal vez la transición energética que el mundo necesita no sea tan difícil después de todo.


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Plan concreto

La ciencia que subyace a la tecnología de Energy Vault es simple. Cuando levantas algo en contra de la gravedad, almacenas energía en él . Cuando más tarde lo dejes caer, puedes recuperar esa energía. Debido a que el concreto es mucho más denso que el agua, levantar un bloque de concreto requiere -y puede, por lo tanto, almacenar- mucha más energía que un tanque de agua del mismo tamaño.

Bill Gross, un emprendedor estadounidense desde hace mucho tiempo, y Andrea Pedretti, un inventor suizo en serie, desarrollaron el sistema Energy Vault que aplica esta ciencia. Así es como funciona: una grúa de 120 metros (casi 400 pies) de alto y seis brazos se encuentra en el medio. En el estado descargado, los cilindros de concreto que pesan 35 toneladas métricas cada uno se apilan prolijamente alrededor de la grúa, muy por debajo de los brazos de la grúa. Cuando hay exceso de energía solar o eólica, un algoritmo de computadora dirige uno o más brazos de la grúa para ubicar un bloque de concreto, con la ayuda de una cámara acoplada al carro del brazo de la grúa.

HormigonPilasBateria

Una vez que el brazo de la grúa se ubica y engancha en un bloque de concreto, se inicia un motor, impulsado por el exceso de electricidad en la red, y levanta el bloque del suelo. El viento puede hacer que el bloque se mueva como un péndulo, pero el carro de la grúa está programado para contrarrestar el movimiento. Como resultado, puede levantar suavemente el bloque y colocarlo encima de otra pila de bloques, más arriba del suelo.

El sistema está “completamente cargado” cuando la grúa ha creado una torre de bloques de hormigón a su alrededor. La energía total que se puede almacenar en la torre es de 20 megavatios-hora (MWh), suficiente para alimentar a 2.000 hogares suizos durante todo un día.

Cuando la red se está agotando, los motores vuelven a entrar en acción, excepto que ahora, en lugar de consumir electricidad, la energía gravitacional hace retroceder el motor y, por lo tanto, genera electricidad.

Grande

La innovación en la planta de Energy Vault no es el hardware. Las grúas y los motores han existido durante décadas, y compañías como ABB y Siemens los han optimizado para lograr la máxima eficiencia. La eficiencia de ida y vuelta del sistema, que es la cantidad de energía recuperada por cada unidad de energía utilizada para levantar los bloques, es de alrededor del 85%, comparable a las baterías de iones de litio que ofrecen hasta un 90%.

El principal trabajo de Pedretti como director de tecnología ha sido descubrir cómo diseñar software para automatizar operaciones contextualmente relevantes, como enganchar y desenganchar bloques de concreto, y contrarrestar los movimientos tipo péndulo durante el levantamiento y el descenso de esos bloques.

Energy Vault mantiene los costos bajos porque usa hardware comercial estándar. Sorprendentemente, los bloques de concreto podrían ser la parte más cara de la torre de energía. El concreto es mucho más barato que, por ejemplo, una batería de iones de litio, pero Energy Vault necesitaría mucho concreto para construir cientos de bloques de 35 toneladas métricas.

Entonces Pedretti encontró otra solución. Ha desarrollado una máquina que puede mezclar sustancias que las ciudades a menudo pagan para deshacerse, como la grava o los desechos de la construcción, junto con el cemento para crear bloques de hormigón de bajo costo. El ahorro de costos proviene de tener que usar solo una sexta parte de la cantidad de cemento que de otra manera habría sido necesaria si el concreto se usara para la construcción.

El desafío de almacenamiento

La planta de demostración que vi en Biasca es mucho más pequeña que la versión comercial planeada. Tiene una grúa de 20 metros de altura con un solo brazo que levanta bloques que pesan 500 kg cada uno. Pero hace casi todas las cosas que su primo a gran escala, que la compañía está buscando vender en este momento, lo haría.

Robert Piconi ha pasado este verano visitando países de África y Asia. El CEO de Energy Vault está entusiasmado de encontrar clientes para sus plantas en esas partes del mundo. La startup también tiene un equipo de ventas en los EE. UU. Y ahora tiene órdenes de construir sus primeras unidades comerciales a principios de 2019. La compañía no compartirá los detalles de esos pedidos, pero las características únicas de su solución de almacenamiento de energía significan que podemos hacer una conjetura bastante educada sobre cómo se verán los proyectos.

Los expertos en almacenamiento de energía clasifican ampliamente el almacenamiento de energía en tres grupos, que se distinguen por la cantidad de almacenamiento de energía necesaria y el costo de almacenamiento de esa energía.

En primer lugar, las tecnologías costosas, como las baterías de iones de litio, se pueden usar para almacenar unas pocas horas de energía, en el rango de decenas o cientos de MWh. Estos podrían cargarse durante el día, utilizando paneles solares, por ejemplo, y luego descargarse cuando el sol no esté cerca. Pero las baterías de iones de litio para la red eléctrica actualmente cuestan entre $ 280 y $ 350 por kWh.

Tecnologías más baratas, como baterías de flujo (que usan productos químicos líquidos de alta energía para retener la energía) se pueden usar para almacenar semanas de energía, en el rango de cientos o miles de MWh. Esta segunda categoría de almacenamiento de energía podría utilizarse, por ejemplo, cuando haya una pausa en el suministro de viento durante una semana o dos.

La tercera categoría aún no existe. En teoría, las tecnologías aún por inventar y extra-baratas podrían almacenar meses de energía, en el rango de decenas o cientos de miles de MWh, que se usarían para hacer frente a las demandas intersecacionales. Por ejemplo, Mumbai tiene un consumo máximo en el verano cuando los aires acondicionados están en pleno vuelo, mientras que Londres tiene un máximo en invierno debido al calentamiento de la casa. Idealmente, la energía capturada en una temporada podría almacenarse durante meses durante las temporadas de bajo uso, y luego desplegarse más tarde en las estaciones de alto uso.

David vs Goliat

Piconi estima que para cuando Energy Vault construya su décima planta de aproximadamente 35 MWh, puede reducir los costos a alrededor de $ 150 por kWh. Eso significa que no puede satisfacer las necesidades de la tercera categoría de uso de almacenamiento de energía; para hacer eso, los costos tendrían que estar más cerca de $ 10 por kWh. En teoría, a la capacidad y el precio actuales, podría competir en la segunda categoría, si pudiera encontrar un cliente que quisiera que Energy Vault construyera docenas de plantas para una sola red. De manera realista, la mejor apuesta de Energy Vault es competir en la primera categoría.

Dicho esto, algunos expertos le dijeron a Quartz que el costo de las baterías de iones de litio, la actual tecnología de batería dominante, podría caer a alrededor de $ 100 por kWh, lo que los haría más baratos incluso que Energy Vault cuando se trata de almacenar días o semanas de energía . Y debido a que las baterías son compactas, pueden transportarse a grandes distancias. La mayoría de las baterías de iones de litio de los teléfonos inteligentes utilizados en todo el mundo, por ejemplo, se fabrican en el este de Asia. Los bloques de concreto de Energy Vault tendrán que construirse en el sitio, y cada sistema de 35 MWh necesitaría un pedazo de tierra circular de unos 100 metros (300 pies) de diámetro. Las baterías necesitan una fracción de ese espacio para almacenar la misma cantidad de energía.

Las baterías tienen algunas limitaciones. La vida útil máxima de las baterías de iones de litio, por ejemplo, es de unos 20 años. También pierden su capacidad de almacenar energía con el tiempo. Y aún no hay formas confiables de reciclar baterías de iones de litio.

La planta de Energy Vault puede operar durante 30 años con poco mantenimiento y casi sin pérdida de capacidad. Sus bloques de concreto también usan materiales de desecho. Entonces Piconi confía en que todavía hay un nicho que Energy Vault puede llenar: lugares que tienen acceso abundante a la tierra y al material de construcción, combinado con el deseo de contar con tecnologías de almacenamiento que duren décadas sin perder capacidad.

Mientras tanto, si Energy Vault tiene éxito o no, es un buen argumento para argumentar que, mientras todos los demás buscan innovación de baterías futurista y de alta tecnología, puede haber un valor real al pensar cómo aplicar soluciones de baja tecnología. a los problemas del siglo XXI. Energy Vault construyó una planta de prueba funcional en solo nueve meses, gastando centavos relativos. Es una especie de señal de que algunas de las respuestas a nuestros problemas de almacenamiento de energía aún pueden estar ocultas a plena vista.

Este artículo fue actualizado con información sobre los primeros pedidos de unidades comerciales de Energy Vault.


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