Las energías renovables van abriéndose paso en todo el mundo como una alternativa seria y creíble para generar electricidad con un impacto mucho menor en el medio ambiente. En España, sin ir más lejos, hemos pasado de quemar carbón, gas y petróleo como si no hubiera un mañana, a satisfacer mucho más de la mitad de la demanda de electricidad empleando paneles solares, molinos de viento y centrales hidroeléctricas. Pero queda mucho por hacer. Como, por ejemplo, almacenar la electricidad que no necesitamos para cuando sea necesaria. Y científicos alemanes proponen una solución ingeniosa: esferas de hormigón.
Es una de las críticas que se le hacen a las fuentes renovables de energía. Cómo obtener electricidad cuando no sopla el viento, no hace sol o los embalses están vacíos. En la actualidad, para resolver este problema contamos con centrales nucleares y centrales de ciclo combinado. Pero si aspiramos a un futuro 100% renovable, hay que ir más allá. Y el almacenamiento de energía es la clave. Aunque hay muchas maneras de llevarlo a cabo. A raíz del apagón que sufrió la Península Ibérica no hace mucho, varios expertos mencionaron el tema del almacenamiento eléctrico empleando baterías a gran escala o con sistemas de almacenamiento térmico o hidroeléctrica reversible, también conocida como bombeo.
Pero como todo se puede mejorar, investigadores alemanes han propuesta una solución más para almacenar electricidad cuando se genera en exceso. Y usarla cuando sea necesaria. Así evitaríamos depender de fuentes contaminantes como la nuclear o el ciclo combinado. Y evitaríamos problemas como los, en principio, causantes del último gran apagón europeo. Pero, ¿en qué consiste este sistema de almacenamiento basado en esferas de hormigón?
Almacenar energía bajo el mar
Este proyecto se conoce por el nombre de StEnSea, que significa Stored Energy in the Sea. Es decir, energía almacenada en el mar. Se está gestando en el Instituto Fraunhofer de Economía Energética y Tecnología de Sistemas Energéticos (Fraunhofer IEE), y lo dirige el doctor en Ingeniería Bernhard Ernst. La idea parece simple, pero no lo es. Almacenamiento de energía hidroeléctrica bombeada en aguas profundas. O dicho de otra forma. Almacenamiento hidroeléctrico bombeado en alta mar. Por sus siglas PHES (pumped hydro energy storage).
Este sistema de almacenamiento de energía consiste en un sistema de esferas de hormigón hueco colocadas en el fondo del mar. Esas esferas aprovechan la alta presión que hay en aguas profundas. Profundidades de entre 600 y 800 metros.Y unidas a un sistema de bombeo y turbinas, sería posible aprovechar la energía sobrante generada en instalaciones eólicas y solares. Sin necesidad de emplear baterías, tan demandadas en la actualidad, pero que requieren materias primas cada vez más caras de obtener para su fabricación.
En realidad, el proyecto no es nuevo. Lleva en marcha desde 2011, cuando tuvieron esta los doctores Horst Schmidt-Böcking y Gerhard Luther. La novedad es que el proyecto va tomando forma y ya se han instalado algunas de estas esferas de hormigón huecas que pesan hasta 400 toneladas y tienen un diámetro de nueve metros. El pasado mes de noviembre, miembros del proyecto instalaron las primeras esferas a tamaño real en la costa de California, en Long Beach. Se construyeron mediante impresión 3D con ayuda de la startup estadounidense Sperra. Y en la parte técnica, también colabora Pleuger Industries, especializada en bombas motorizadas acuáticas. Tiempo atrás, se había realizado una primera prueba a pequeña escala en el lago Constanza, en Alemania, cerca de los Alpes.
Así funcionan estas esferas de hormigón
Las esferas de hormigón tienen una abertura en la parte superior, en la que se integrará una bomba de motor submarina, también llamada turbina de bomba, en una tubería. Cuando se abre una válvula, el agua fluye a través de la tubería hacia la esfera. La bomba integrada funciona en modo inverso como una turbina. Así, el agua impulsa el motor, generando electricidad. Un cable submarino se conecta a la red eléctrica en tierra o a una estación de transformador flotante de un parque eólico marino.
Y para almacenar energía, la bomba del motor bombea el agua fuera de la esfera contra la presión de la columna de agua circundante. El ciclo puede comenzar de nuevo. Una y otra vez. En la primera prueba de campo, con una esfera de tres metros en el lago de Constanza, los investigadores de Fraunhofer IEEE, junto con socios, demostraron que el invento funciona bien. Y según sus estimaciones, podrían tener una vida útil de unos 60 años. Eso las esferas. Los generadores y turbinas, habría que cambiarlos cada 20 años.
Dos son las claves para que este sistema funcione: el volumen de las esferas de hormigón y la columna de agua que hace presión por encima de ellas. Así, los investigadores alemanes han llegado a la conclusión que hay que instalar estas esferas de hormigón bajo el mar a entre 600 y 800 metros de distancia de la superficie. E incluso apuntan a varias ubicaciones por todo el mundo donde este sistema de almacenamiento energético sería viable. Y rentable. Mencionan las costas de Noruega, Portugal, las dos costas de Estados Unidos, Brasil y Japón.
¿Es rentable este sistema de almacenamiento?
No olvidemos mencionar una cifra clave. ¿Qué capacidad de almacenamiento tienen estas instalaciones con esferas de hormigón? Según los investigadores del proyecto, podrían llegar a almacenar 817.000 GWh. Y haciendo cálculos y simulaciones en otras ubicaciones europeas, podrían alcanzar cifras de 166.000 GWh. En comparación, las centrales eléctricas de almacenamiento por bombeo existentes en Alemania no superan los 40 GWh.
¿Y qué hay del coste? Los investigadores del Fraunhofer IEEE estiman los costes de almacenamiento en alrededor de 4,6 centavos por kilovatio-hora. A lo que habría que sumar el coste de inversión, que sería de unos 1.354 euros por kilovatio de energía y 158 euros por kilovatio-hora de capacidad.
Pero no todo es positivo. La eficiencia de este sistema de almacenamiento energético mediante esferas de hormigón es inferior a la de una planta de almacenamiento por bombeo convencional. Entre el 75 y el 80%. Este cálculo se basaría en una instalación de seis esferas, una potencia total de 30 MW y 120 MWh con 520 ciclos de almacenamiento al año.
De momento, el proyecto StEnSea sigue con su fase de pruebas en California. Como vimos antes, en noviembre de 2024 empezaron la instalación de las primeras esferas de hormigón. Está previsto que las obras terminen y se ponga en funcionamiento a finales de 2026 a más tardar. Y si las pruebas a gran escala son satisfactorias, no descartemos que el sistema se extienda a otras ubicaciones europeas o de los países que mencionamos antes.