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Una tecnología en prueba intenta llevar el almacenamiento de electricidad al fondo del mar, combinando ingeniería submarina, presión oceánica y energía renovable en un modelo que busca ampliar la capacidad de las redes sin ocupar espacio en tierra.
Almacenamiento de energía en el fondo del mar
Esferas huecas de concreto instaladas en el fondo del mar están en el centro de una propuesta desarrollada por el instituto alemán Fraunhofer IEE para almacenar electricidad generada por fuentes renovables.
El proyecto, llamado StEnSea, parte de un principio ya conocido en el sector eléctrico y intenta adaptarlo al ambiente marino para crear una reserva de energía sin ocupar áreas en tierra.
La lógica del sistema se basa en la presión del agua en grandes profundidades.
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Según Fraunhofer, cuando la esfera está vacía, funciona como una unidad cargada.
Al abrir la válvula, el agua del mar entra bajo presión, mueve una bomba-turbina y activa un generador que entrega electricidad a la red.
En el proceso inverso, el agua se retira del interior de la estructura utilizando energía eléctrica, lo que recompone la capacidad de almacenamiento para un nuevo ciclo.
De acuerdo con el instituto, la propuesta utiliza en el mar el mismo concepto del almacenamiento hidroeléctrico por bombeo, tecnología ya empleada en tierra en sistemas con reservorios en diferentes niveles.
Cómo funciona el sistema StEnSea
En este modelo, la columna de agua del océano sustituye parte de la infraestructura exigida en instalaciones convencionales.
En lugar de dos reservorios en cotas diferentes, el sistema se apoya en la presión natural del mar en grandes profundidades para realizar los ciclos de carga y descarga.
Según Fraunhofer, los lugares considerados más adecuados para este tipo de instalación se encuentran entre 600 y 800 metros de profundidad.
En esta franja, de acuerdo con los estudios del instituto, hay un equilibrio más favorable entre presión, grosor necesario de las paredes de la esfera, peso de la estructura y uso de equipos sumergidos.
La profundidad y el tamaño de la esfera influyen directamente en la cantidad de energía que puede ser almacenada.
En los parámetros presentados por Fraunhofer para una aplicación comercial, cada unidad a escala total tendría 30 metros de diámetro, peso de aproximadamente 20 mil toneladas, capacidad de 20 MWh, potencia entre 5 y 7 MW y eficiencia estimada en 80%.
Pruebas del StEnSea en el Lago de Constanza
Antes de avanzar hacia una operación en mar abierto, el concepto pasó por una fase experimental en el Lago de Constanza, en la región fronteriza entre Alemania, Suiza y Austria.
La prueba utilizó una esfera con 3 metros de diámetro, instalada a unos 100 metros de profundidad.
Según Fraunhofer y los autores del estudio científico sobre el experimento, el sistema operó de forma automatizada en el invierno de 2016/2017.
El objetivo era verificar no solo el principio de funcionamiento, sino también etapas prácticas, como instalación, control, retirada de la estructura y operación bajo presión real.
Los investigadores informaron que el ensayo contribuyó a elevar el grado de madurez tecnológica del proyecto.
Además del rendimiento del sistema, la etapa sirvió para observar aspectos ambientales y operacionales en un entorno fuera del laboratorio.
Aún de acuerdo con el instituto, la entrada de agua fue equipada con protección para reducir riesgos a la fauna acuática.
Inspecciones submarinas realizadas durante la prueba indicaron bajo impacto ambiental en las condiciones observadas en ese experimento.
Protótipo en California y próxima fase del proyecto
La próxima fase prevista por Fraunhofer es un prototipo a escala 1:3 en la costa de California, en un área cercana a Long Beach, en la región de Los Ángeles.
El instituto informa que la estructura planeada tendrá 10 metros de diámetro, peso de alrededor de 1.000 toneladas, profundidad operativa entre 500 y 700 metros, capacidad de 0,5 a 1 MWh y potencia entre 0,5 y 1 MW.
La meta anunciada por Fraunhofer es poner esta unidad en operación hasta finales de 2026.
El proyecto forma parte de la fase llamada StEnSea 2.0, orientada a la demostración del sistema en una escala más cercana a una aplicación práctica.
Según el instituto, la fabricación de la esfera debe ser realizada por la empresa estadounidense Sperra, utilizando impresión 3D en concreto combinada, cuando sea necesario, con métodos convencionales.
La unidad técnica con bomba-turbina, sensores y sistemas de control es desarrollada con la participación de Pleuger Industries.
La elección de producir la estructura cerca del área de la prueba está ligada a la evaluación logística del proyecto.
En esta etapa, el equipo pretende verificar costos de fabricación, transporte e instalación, además del comportamiento del sistema en un entorno marítimo real por períodos más largos.
Aplicaciones para energía renovable y red eléctrica
De acuerdo con Fraunhofer, la tecnología fue pensada para operar en conjunto con redes eléctricas que necesitan lidiar con la oscilación de fuentes renovables, como solar y eólica.
El almacenamiento permite desplazar la oferta de energía en el tiempo, guardando electricidad en momentos de mayor generación para uso posterior.
Según el instituto, este tipo de sistema puede ser empleado en servicios como estabilización de red, reserva operativa y arbitraje de energía.
En este último caso, la aplicación implica almacenar electricidad en períodos de menor precio y devolverla al sistema cuando los precios están más altos.
Otra posibilidad apuntada por los investigadores es la instalación cercana de parques eólicos offshore.
En esta configuración, el almacenamiento en el mar podría funcionar como apoyo a la generación marítima, aunque la viabilidad depende de factores técnicos, económicos y geográficos de cada región.
Diferencias en relación al almacenamiento hidroeléctrico
El almacenamiento hidroeléctrico por bombeo sigue siendo una de las principales referencias cuando se trata de guardar grandes volúmenes de electricidad.
La diferencia, en el caso de StEnSea, es que el sistema fue concebido para operar en el fondo del mar y reducir la necesidad de grandes estructuras en tierra.
Según Fraunhofer, la tecnología puede ser organizada en “parques” con varias esferas interconectadas.
Esto permitiría ampliar la capacidad por módulos, de acuerdo con la demanda y con las condiciones del lugar de instalación.
Los estudios del instituto también apuntan a un potencial técnico global de 817 TWh, considerando criterios como profundidad adecuada, inclinación del fondo marino y distancia de infraestructura eléctrica y portuaria.
Este número se refiere al potencial técnico estimado y no a la capacidad ya disponible o lista para implementación inmediata.
Financiamiento, costos y datos que vendrán del piloto
El avance del proyecto también depende de financiamiento público y cooperación internacional.
Según Fraunhofer, el gobierno alemán aporta casi € 3,4 millones para la fase actual, mientras que el Departamento de Energía de los Estados Unidos contribuye con alrededor de US$ 4 millones para el desarrollo del piloto en California.
Con esto, la próxima etapa se vuelve decisiva para medir el rendimiento del concepto en una escala mayor.
La operación del prototipo debe proporcionar datos sobre confiabilidad, mantenimiento, costos e integración con la red, puntos considerados esenciales para evaluar si la tecnología puede avanzar más allá de la etapa de demostración.
En el escenario de expansión de las fuentes renovables, la propuesta de Fraunhofer se suma a otros intentos de ampliar el abanico de soluciones para almacenamiento de energía a gran escala.
El resultado de la prueba en California debe indicar si el uso de esferas de concreto en el fondo del mar puede salir del campo experimental y encontrar espacio en proyectos futuros.
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