Universidad
Politécnica de Madrid

21.09.2020

Según datos del Banco Mundial, el consumo de energía se incrementará en un 35% de cara a 2035. Por ello, la búsqueda de formas de producción que consigan incrementar los resultados reduciendo los costes y mejorando la sostenibilidad está entre los principales objetivos que se marcan los investigadores en el ámbito de la energía.  En el caso de España, la hidroeléctrica es una de las formas más explotadas para la producción de energías renovables, llegando a suponer entre un 8% y un 16 % de la producción anual de energía eléctrica en nuestro país. No obstante, conseguir un mayor rendimiento en la generación de energía hidroeléctrica reduciendo a la vez los costes del proceso siguen siendo dos de los objetivos en los que se centra la investigación de la producción de este tipo de energía en la actualidad.

Un estudio en el que participan investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) demuestra que el uso combinado de sistemas de almacenamiento conectados a la red a través de convertidores electrónicos de frecuencia (baterías, volantes de inercia y supercondensadores) y centrales de almacenamiento por bombeo es capaz de mejorar el rendimiento de las centrales de bombeo reduciendo también el desgaste de los equipos y con ello, los costes del proceso.

El objetivo inicial de este trabajo, en el que han participado también el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT) y la empresa Schwungrad Energie Ltd, era explorar las ventajas de la operación coordinada de volantes de inercia (tecnología capaz de almacenar una gran cantidad de energía hasta su posterior utilización), y centrales de almacenamiento por bombeo. En estas últimas,  cuando la demanda de energía se reduce, generando un excedente de energía en la red, el agua del embalse inferior se bombea hacia el embalse superior (operación de bombeo) para utilizar este excedente de energía.

“Por un lado, los volantes de inercia tienen una excelente capacidad de control de la potencia activa y reactiva y una alta densidad de potencia, su dimensionamiento es flexible en términos de potencia y energía, y resisten un elevado número de ciclos carga-descarga. Por otro lado, las centrales de almacenamiento por bombeo tienen una capacidad de almacenamiento de energía eléctrica superior hasta el momento a la de ninguna otra tecnología de almacenamiento y una excelente fiabilidad”, explica Juan Ignacio Pérez Díaz, investigador del grupo de Hidroinformática y Gestión del Agua de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos Canales y Puertos de la UPM.

Una integración posible y ventajosa

Como resultado de su trabajo, los investigadores constataron que el uso combinado de ambas tecnologías no solo incrementa el rendimiento del proceso sino que también reduce el desgaste de los equipos y mejora la calidad de la frecuencia del sistema eléctrico.

“Los resultados obtenidos hasta la fecha apuntan a que mediante estrategias de control y algoritmos de programación de la generación apropiados, la operación coordinada de sistemas de almacenamiento rápido (conectados a la red a través de convertidores electrónicos de potencia), generación hidroeléctrica y almacenamiento por bombeo puede contribuir a aumentar los ingresos de las centrales hidroeléctrica y de bombeo en los mercados de energía y servicios de balance”, señala Pérez Díaz. “Además, aumenta la integración de energías renovables no gestionables (eólica, solar fotovoltaica e hidráulica fluyente) y con ello, facilita la transición a un sistema eléctrico 100 % renovable”.

Para los investigadores, la importancia de este trabajo radica también en las posibilidades que ofrece de cara a promover la interdisciplinariedad en la creación de empleo, sin olvidarse de su potencial para impulsar el desarrollo de las renovables y el cuidado al medio ambiente.

“A fecha de diciembre de 2018, la potencia instalada en centrales hidroeléctricas y de bombeo a nivel mundial era de 1292 y 160 GW, representando el almacenamiento por bombeo en 2016 el 99 % de la capacidad de almacenamiento de energía eléctrica conectada a la red eléctrica”, explica el investigador de la UPM. “Teniendo en cuenta que para la materialización de la idea de la investigación se requeriría la colaboración de empresas de ingeniería, fabricantes de sistemas de almacenamiento de energía eléctrica, de equipos de electrónica de potencia, y de sistemas de instrumentación y control, el impacto social en términos de empleo que tendría la operación coordinada de un pequeño porcentaje de la potencia instalada en centrales hidroeléctricas y de bombeo con sistemas de almacenamiento rápido sería extraordinario. Además, tendría un impacto positivo en el sector de las energías renovables, favoreciendo su penetración, y por tanto en el medio ambiente”, concluye Juan Ignacio Pérez.

J.I. Pérez-Díaz, M. Lafoz, F. Burke, “Integration of fast acting energy storage systems in existing pumped-storage power plants to enhance the system’s frequency control”, Wiley Interdisciplinary Energy Reviews, 2019; e367. https://doi.org/10.1002/wene.367