En algunas zonas, el mejor lugar para almacenar grandes cantidades de energía para la red eléctrica podría estar justo debajo de nuestros pies.
La energía geotérmica, que se basa en rocas calientes situadas muy por debajo de la superficie terrestre, se utiliza desde hace tiempo como fuente de calefacción y generación de electricidad.
Pero los recientes avances en la tecnología de perforación han abierto nuevas oportunidades para desplegar ampliamente la energía geotérmica. Esto ha llevado a los investigadores de la Universidad de Princeton a demostrar que la geotermia también puede ser una tecnología ideal para el almacenamiento de energía. Es más, la geotermia puede complementar la energía eólica y solar, proporcionando energía cuando el sol no brilla o el viento amaina.
La geotermia es una tecnología antigua y se ha utilizado para la calefacción durante siglos. En tiempos más modernos, la geotermia se ha ampliado para suministrar energía a la industria, accionar bombas de calor y suministrar energía eléctrica a la red. Las ventajas de esta tecnología de energía renovable son su generación constante, su mantenimiento relativamente bajo y su producción de carbono cero.
Pero para la electricidad a escala de red, la geotermia sigue siendo un nicho. Esto se debe a que la tecnología requiere ubicaciones específicas. Principalmente, los ingenieros necesitan regiones geológicas calientes bastante cercanas a la superficie, formaciones rocosas fisuradas que sirvan de radiadores y acceso a fluidos para trasladar el calor a la superficie. Esto está cambiando rápidamente, ya que los ingenieros están desarrollando nuevas tecnologías con vistas a ampliar enormemente la generación de electricidad geotérmica.
La innovación clave aprovecha tecnologías del sector del petróleo y el gas, como la perforación direccional y la estimulación hidráulica, para crear sistemas de fracturas artificiales allí donde se encuentre roca caliente e impermeable. Si tienen éxito, las empresas que comercialicen estas nuevas técnicas podrían desbloquear un recurso limpio y renovable capaz de suministrar eventualmente cientos de gigavatios de energía sólo en Estados Unidos.
«Esa capacidad de pasar de estos lugares tan específicos en los que se tienen todas las cosas en el sitio adecuado, a cualquier sitio en el que haya rocas suficientemente calientes accesibles sin tener que perforar demasiado profundo, significa que la geotermia mejorada puede abrir una base de recursos mucho más amplia», dijo Jenkins.
Resulta que estas novedosas técnicas tienen otra ventaja oculta que se había pasado por alto hasta ahora. El agua que circula por el sistema de fracturas artificiales está contenida en rocas impermeables, lo que significa que no puede filtrarse, y eso hace que estos depósitos geotérmicos sean una gran forma de almacenar grandes cantidades de energía cuando la demanda es baja y liberarla cuando es alta. Almacenar energía y trasladar la producción a los momentos más valiosos aumenta la rentabilidad de la geotermia y actúa como complemento perfecto para los sistemas renovables variables dependientes del clima, como la eólica y la solar.
«Hicimos simulaciones de yacimientos para evaluar los sistemas que estamos diseñando», explica Jack Norbeck, cofundador y director de tecnología de Fervo Energy, una empresa de desarrollo con sede en Houston que es pionera en estas tecnologías geotérmicas avanzadas. Las simulaciones demostraron que sus sistemas geotérmicos podían funcionar para proporcionar energía constante, o carga base, pero también para almacenar y desplazar la energía de forma eficiente para su uso posterior. «Podemos hacerlos funcionar tanto en carga base como en modo flexible, lo que supone un gran avance para la tecnología geotérmica».
En 2020, los ingenieros de Fervo estaban seguros de que su sistema funcionaría. Pero querían conocer los aspectos económicos de los sistemas y cómo integrar la tecnología de forma óptima en la red eléctrica. En busca de respuestas, Fervo se dirigió a Jenkins, director del ZERO Lab de Princeton.
Ese es exactamente el tipo de preguntas que nos gusta estudiar. Son preguntas prácticas que guiarán la toma de decisiones en el mundo real y la inversión y la innovación, pero que aún no han sido respondidas en la literatura académica. Así que es el proyecto perfecto para nosotros: algo que es una pregunta abierta en la investigación cuya respuesta importa hoy, inmediatamente, para las decisiones que la gente real está tomando sobre cómo asignar su tiempo y dinero y los esfuerzos de innovación.
Jesse Jenkins, investigador principal del proyecto y profesor adjunto de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial y del Centro Andlinger de Energía y Medio Ambiente.
El núcleo de la idea es combinar la energía térmica de las rocas subterráneas con la energía mecánica de las capas de roca superpuestas.
Los ingenieros de Fervo utilizan técnicas de perforación horizontal para crear una serie de pozos de inyección y producción conectados entre sí por muchos pequeños canales en la roca, formando un depósito subterráneo a unos 3.000 m bajo la tierra donde se puede calentar el agua.
En lugar de utilizar inmediatamente el agua calentada para accionar las turbinas para obtener electricidad, los técnicos dirigen el agua caliente y presurizada hacia la red de canales del yacimiento. El fluido se acumula en el depósito y flexiona la roca, y esa presión puede liberarse más tarde para conducir el fluido caliente a la superficie y alimentar las turbinas para obtener electricidad.
Los investigadores demostraron que este sistema puede utilizarse para almacenar y suministrar electricidad durante una amplia gama de periodos, desde unas pocas horas hasta muchos días, lo que lo diferencia de la mayoría de las demás tecnologías de almacenamiento. La eficacia depende de la geología y de otras características de la roca. Resulta que esta forma de almacenamiento de energía es una de las más baratas para el almacenamiento de energía de larga duración.
La idea me parecía sencilla y elegante: tienes este sistema, tiene estas propiedades inherentes y quizá podamos aprovecharlas para almacenar energía… casi como la guinda del pastel. Resultó ser, inequívocamente, más valioso en casi todos los contextos, y en realidad una ventaja potencial realmente grande.
Wilson Ricks, candidato a doctor en ingeniería mecánica y aeroespacial e investigador del Laboratorio ZERO
El artículo inicial analizaba el impacto de una sola planta, la primera de su clase. Pero a medida que la tecnología se despliega a gran escala, puede cambiar el precio de la electricidad o la dinámica del mercado, por lo que ahora el equipo está utilizando modelos de planificación de la capacidad eléctrica a largo plazo para examinar el resultado de equilibrio a largo plazo y el impacto en los mercados.
Los resultados del primer estudio ayudaron a Fervo a demostrar el valor añadido de este novedoso método de almacenamiento y a conseguir una subvención muy competitiva de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada-Energía (ARPA-E) del Departamento de Energía.
El último proyecto es un esfuerzo conjunto de Fervo, el Laboratorio ZERO de Princeton, el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley y la Universidad de Rice, y consistirá en la demostración sobre el terreno y la recopilación de datos del mundo real sobre el rendimiento de la red de fracturas artificiales y el almacenamiento de energía en el yacimiento.
Vía princeton.edu
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