Crecerá la demanda eléctrica

Cómo el agua subterránea se ha convertido en una alternativa para almacenar energía en forma de frío y calor

Una de las claves para que las energías renovables y sostenibles estén siempre disponibles es la capacidad de almacenar energía cuando no es posible generar electricidad a partir del viento, el sol o el agua. Poco a poco avanzamos en ello gracias al uso de baterías de grandes dimensiones. Y cada cierto tiempo surgen estudios proponiendo otras alternativas.

Una de estas propuestas tiene que ver con el almacenamiento de energía térmica en acuíferos. Bajo el acrónimo ATES, por aquifer thermal energy storage, la idea es guardar en forma de calor la energía generada. Para ello, se podrían aprovechar las aguas subterráneas. Todo ello englobado en un sistema energético distribuido.

La idea fue publicada en Applied Energy y permitiría, entre otras cosas, optimizar el uso que hacemos de los sistemas de calefacción y aire acondicionado. Independientemente de la fuente de energía utilizada para hacerlos funcionar, generalmente gas natural y/o electricidad, el aprovechamiento del calor generado, y sobrante, permitiría reducir el consumo que hacen esos sistemas. Ya sea de electricidad o de gas natural. Y lo mejor de todo es que almacenar esa energía en forma de calor, o frío, sirve tanto para hogares y residencias personales como para oficinas y cualquier tipo de edificación conectada a la red eléctrica.

La calefacción y su alto consumo energético   

La Agencia Internacional de la Energía o IEA, por sus siglas en inglés, afirma que en 2021, la calefacción fue el principal uso que se hizo de la energía disponible en todo el mundo. Por encima de la producción de electricidad (20%) y de transporte (30%). Por un lado, los procesos industriales son responsables de consumir el 51% de la energía para generar calor. Y los edificios y viviendas en general se quedan con el 46%. Así, calentar agua o una estancia consume mucha energía, dejando en una anécdota tareas como cocinar. 

Que la calefacción consuma tanta energía tiene sus consecuencias. Una de ellas, las emisiones de CO2 o dióxido de carbono a la atmósfera. Lo que contribuye a empeorar la crisis climática que vivimos con el uso de gas natural, carbón o petróleo para generar ese calor. Y aunque empiezan a surgir opciones más eficientes y de menor consumo energético como las bombas de calor, todavía hay mucho por hacer.

De ahí la importancia de investigaciones como la antes mencionada. Propuestas como ATES implican dar una segunda vida al calor generado por los sistemas de calefacción y aire acondicionado. Un calor que desperdician los sistemas actuales. Almacenar esa energía sería la mejor solución. El problema está en encontrar dónde o cómo almacenarla

Almacenar energía es clave para tener este recurso siempre disponible

Almacenar energía para aprovecharla al máximo

El estudio publicado Applied Energy en empieza diciendo que “se espera que el almacenamiento de energía a largo plazo desempeñe un papel vital en la profunda descarbonización de los sectores energéticos de la construcción, al tiempo que mejora la flexibilidad de los edificios para soportar futuras variaciones climáticas”.

La dificultad está en optimizar dos sistemas distintos: el eléctrico y el de generación de frío o calor. ¿Cómo hacer que ambos funcionen de manera sincronizada para exprimir al máximo la energía disponible, ya sea electricidad, gas natural o, posteriormente, el calor generado por el propio sistema? Al parecer, ATES es una solución ideal y de baja tecnología que no implica un cambio sustancial en el sistema actual.

Para comprobar si la idea de almacenar energía en forma de calor era plausible, los responsables de la investigación se centraron en un distrito residencial de Chicago, Illinois, Estados Unidos. Mediante simulaciones por ordenador empleando datos estadísticos. En concreto, “se evaluó el impacto de las condiciones climáticas futuras, la demanda energética y los potenciales de energía solar y eólica”. ¿El resultado? “El estudio reveló que el ATES es una forma atractiva de mejorar el nivel de penetración de las energías renovables y minimizar la dependencia de los combustibles fósiles con un apoyo razonable de la red para asistir las fluctuaciones tanto de la demanda como de la generación”. 

Además, almacenar energía en aguas subterráneas o acuíferos “reduce notablemente el consumo y la dependencia de los combustibles. Al tiempo que aumenta en gran medida la flexibilidad del sistema energético para soportar las fluctuaciones de la demanda y la generación de energía renovable provocadas por las futuras variaciones climáticas”.

Almacenar energía en forma de frío o calor reduce el consumo de electricidad
Sistema ATES aplicado a un aeropuerto (verano e invierno). Fuente: Underground Energy

Una solución simple y efectiva pero poco conocida

La idea parece sencilla. Pero, ¿en qué consiste exactamente almacenar calor o frío? A partir de las reservas hídricas disponibles en el subsuelo, allí donde sea posible, el agua se bombea y se calienta con el calor generado por el sistema de calefacción o aire acondicionado. Tanto el necesario en ese momento como el exceso resultante por el uso prolongado de la maquinaria. El agua calentada vuelve bajo tierra, manteniendo su temperatura, hasta que se vuelve a necesitar ese calor de nuevo. 

Es más. Este sistema, pensado para lugares con importantes periodos de frío, se podría emplear también para el uso inverso. En zonas del planeta con meses de calor, el agua se podría enfriar durante los meses fríos. Y conservar esa baja temperatura en el subsuelo para recuperarla durante las estaciones calurosas. Precisamente, es fue el primer uso que se le dio al primer sistema ATES que conocemos y que se construyó en China en la década de 1960. 

También hay ejemplos prácticos de este tipo de soluciones para almacenar energía en forma de calor o frío en la década de 1970 en Francia, Suiza, Estados Unidos y Japón. Pero todo se quedó en el ámbito experimental y de la investigación científica. Sin embargo, las necesidades actuales para optimizar el sistema energético y reducir el impacto ambiental ha dado un impulso a los sistemas térmicos de este tipo.

Países Bajos, sin ir más lejos, cuenta con más del 85% de este tipo de sistemas para almacenar energía (calor o frío). El equivalente a más de 2,5 TWh en 2018. Otros países que también utilizan sistemas ATES hoy en día son Suecia, Dinamarca y Bélgica.

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