Apenas a dos millas de la costa de Toronto, una serie de seis globos gigantes y cilíndricos se elevan desde el fondo del lago, casi tan altos como una casa de dos pisos. Sus paredes contienen aire comprimido con el potencial de convertirse en electricidad.
Estos globos son parte de un innovador esquema libre de emisiones para almacenar energía renovable de la compañía Hydrostor.
Usted ve, la energía eólica es maravillosa y los paneles solares son excelentes, y estas tecnologías se vuelven más eficientes cada año. Sin embargo, uno de los mayores desafíos para la energía renovable es alimentar los hogares durante las horas pico, una vez que mueren los vientos o después de que se pone el sol, cuando las comunidades a menudo recurren a la quema de diesel.
"El almacenamiento es realmente la pieza clave para permitir que nuestra red eléctrica se vuelva renovable", dice el CEO de Hydrostor Curtis VanWalleghem.
Hydrostor es una de varias compañías y grupos de investigación que están investigando el almacenamiento de energía de aire comprimido bajo el agua (UW-CAES), lo que podría ser una respuesta de bajo costo y amigable con el medio ambiente a este problema.
En el sistema Hydrostor, el exceso de energía de la energía solar o eólica carga un compresor de aire. El aire comprimido se enfría antes de que caiga por un tubo y salga hacia los globos masivos. Al igual que volar un globo en tierra, el aire llena los globos en el océano, pero debido a los muchos pies de agua que empujan, el aire dentro se comprime. Cuanto más profundos son los globos, más aire pueden contener. Para liberar la energía, los operadores pueden abrir una válvula en tierra y el agua suprayacente expulsa el aire, lo que hace girar una turbina para generar energía.
"En última instancia, somos una batería de aire submarino muy genial", dice Cameron Lewis, fundador y presidente de Hydrostor, en un video publicado sobre el proyecto.
Las instalaciones de Hydrostor en tierra albergan un sistema de compresores de aire y turbinas para convertir la energía en aire comprimido y viceversa. (Hidrostor) CAES no es exactamente nuevo. La tecnología ha existido desde fines del siglo XIX, aunque no fue hasta fines de la década de 1970 que se inauguró la primera planta de almacenamiento de energía en Bremen, Alemania, con aire comprimido bajo tierra encerrado en antiguas cavernas de sal. Desde entonces, ha habido varios proyectos CAES en todo el mundo, pero el problema siempre se reduce a dónde pones el aire, dice VanWalleghem. Los tanques de acero son extremadamente caros y las alternativas actuales de bajo costo (cavernas subterráneas) nunca están donde las necesita, dice. Los globos submarinos de Hydrostor podrían al menos hacer posible el método de almacenamiento de energía en comunidades cercanas al océano o lagos profundos.
Sentados bajo aproximadamente 180 pies de agua, los seis globos de prueba de Hydrostor miden 29.5 pies de alto y 16.4 pies de ancho. Están hechas de nylon recubierto de uretano, que es el mismo material utilizado para transportar naufragios desde el lago y los fondos marinos, una tela que puede resistir una gran cantidad de fuerza del aire bajo el agua.
Hydrostor no es la única compañía que investiga UW-CAES. Thin Red Line Aerospace desarrolló de forma independiente un sistema similar y, en 2011 y 2012, desplegaron varias "bolsas de energía" frente a las costas de las islas Orkney de Escocia durante tres meses. Esta prueba piloto inicial dio resultados alentadores, que publicaron en un estudio en colaboración con un equipo de la Universidad de Nottingham.
"El desafío es un paso hacia la escala de la red", dice el fundador y presidente de Thin Red Line, Max de Jong. O más bien, descubrir cómo almacenar suficiente aire para producir una cantidad significativa de energía.
Los globos de Hydrostor contienen una cantidad bastante pequeña de energía. La compañía no revelará la capacidad total del sistema, pero los generadores tienen un límite de aproximadamente un megavatio. A pesar de que Hydrostor planea escalar el sistema, necesitan bastantes globos más para cargar una comunidad de manera factible.
Para dar una pequeña perspectiva, el London Array, un parque eólico marino de 175 turbinas, produce alrededor del 4, 2 por ciento de la energía eléctrica del Gran Londres, según De Jong. Para producir suficiente energía para compensar la pausa de un solo día en la producción, necesitaría alrededor de 27, 500 de los globos más pequeños utilizados para las pruebas iniciales del sistema de Thin Red Line Aerospace, explica. Esto equivale a poco más de 7.700 de las bolsas de Hydrostor.
"¿Te imaginas la fontanería, la tubería ... y luego el impacto ambiental?", Se maravilla De Jong. "Eso es una locura".
Según VanWalleghem, las piezas para UW-CAES de Hydrostor son todas piezas estándar transportadas por proveedores industriales, incluido General Electric. "No hay tecnología o ciencia detrás de nosotros para construir sistemas más grandes", dice. "Solo estamos comprando un motor o compresor más grande".
Sin embargo, De Jong argumenta que construir sistemas submarinos más grandes no es tan simple. “Sabemos que las turbinas de gas están disponibles. Sabemos que la tubería está disponible ", dice." La parte desconocida es la contención submarina y qué tan profundo [tiene] que volcarla para obtener un almacenamiento de energía significativo ”.
El ingeniero jefe y CEO de Thin Red Line Aerospace, Maxim de Jong, inspecciona una “bolsa de energía” UW-CAES durante la prueba de inflación inicial (Keith Thomson / Thin Red Line Aerospace) Para maximizar la cantidad de energía que un sistema submarino puede almacenar y bombear a la red, los ingenieros tendrán que ver qué tan grandes pueden hacer los globos y los balastos submarinos, así como qué tan profundo pueden instalarlos.
"No hay ninguna razón por la que no debería funcionar, pero hay muchas razones por las que no sería económico", dice Imre Gyuk, gerente del programa de almacenamiento de energía del Departamento de Energía de los Estados Unidos. "La cuestión de la eficiencia siempre está ahí".
A medida que aumenta la profundidad del agua, hay mucha más agua presionando los globos, lo que permite mucha más compresión del aire.
"Necesitas algo inmensamente fuerte. Es casi insondable cuán fuerte debe ser esa cosa", dice de Jong. Basado en el material utilizado para los hábitats espaciales, Thin Red Line desarrolló y patentó una "arquitectura de tela inflable escalable" que puede contener 211, 888 pies cúbicos de aire comprimido bajo el agua, casi 60 veces más que los aproximadamente 3, 700 pies cúbicos en cada uno de los Hydrostor globos
La otra parte de esta solución de eficiencia es más profunda, explica de Jong. Su compañía ha estado investigando la idea de emparejar UW-CAES con molinos de viento flotantes en las profundidades del océano. Esta solución tiene el doble impacto del potencial de almacenamiento masivo de las grandes profundidades del agua y los beneficios de las turbinas eólicas fuera del camino de muchas aves marinas y la línea de visión de las personas en tierra. El almacenamiento profundo también mantiene los globos lejos de entornos sensibles cerca de la costa.
Todavía hay muchas pruebas por hacer para que UW-CAES a gran escala se convierta en realidad. Por un lado, los impactos ambientales aún son en gran medida desconocidos. "El ruido podría ser algo enorme", dice Eric Schultz, biólogo marino de la Universidad de Connecticut. "Imagina que estás forzando un montón de gas a través de lo que me imagino que es una tubería bastante estrecha". El silbido de los volúmenes masivos de aire que fluyen a través de las tuberías, particularmente las frecuencias más altas, podría alterar el comportamiento de los habitantes del océano. Sin embargo, el impacto real de estos globos en las poblaciones de peces aún no se ha verificado.
VanWalleghem argumenta que el sistema de globos submarinos en realidad podría fomentar la biota marina, tal vez actuando como un arrecife artificial. Los anclajes de los globos están cubiertos en parte por piedras que son de tamaños y tipos que podrían soportar el desove de peces locales.
Dicho esto, como con todos los buques marinos, la biota curiosa también podría ser un problema. "Siempre está el tiburón cortador de galletas", dice Gyuk. Este tiburón del tamaño de un gato se adhiere a las superficies, cortando agujeros ovales lisos.
Con el nuevo programa piloto en marcha, Hydrostor espera ansiosamente los datos para ayudarlos a evaluar el sistema. La compañía ya tiene planes en marcha para construir un sistema más grande en Aruba. Por ahora, estas pequeñas comunidades insulares, con necesidades de energía relativamente bajas y aguas profundas cerca de la costa, son probablemente los mejores objetivos para la tecnología.
