Informe sobre un Novedoso Sistema Isobárico de Almacenamiento de Energía por Aire Comprimido y su Impacto en los Objetivos de Desarrollo Sostenible

Introducción y Contexto Sostenible

Un equipo de investigación de la Universidad de Energía Eléctrica del Noreste de China ha desarrollado un innovador sistema de almacenamiento de energía por aire comprimido adiabático avanzado (AA-CAES). Este desarrollo se alinea directamente con la necesidad global de soluciones energéticas limpias y eficientes, abordando varios Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS). El sistema propuesto, que utiliza un diseño isobárico asistido por gravedad, representa un avance significativo hacia la consecución del ODS 7 (Energía Asequible y no Contaminante) al facilitar la integración a gran escala de fuentes de energía renovables intermitentes, como la solar y la eólica.

Descripción Técnica del Sistema y su Aporte a la Infraestructura Sostenible

El sistema transforma el concepto tradicional de AA-CAES en un modelo isobárico, donde la presión se mantiene constante durante los ciclos de carga y descarga. Esto se logra mediante un diseño único que contribuye al ODS 9 (Industria, Innovación e Infraestructura) y al ODS 11 (Ciudades y Comunidades Sostenibles).

• Componentes Clave:
  • Un pozo de mina vertical abandonado, que se reutiliza como depósito de almacenamiento de aire (ASR), promoviendo el uso eficiente del suelo y la reconversión de infraestructuras en desuso.
  • Una bolsa de aire elástica situada en el fondo del pozo.
  • Una carga pesada colocada sobre la bolsa de aire, cuyo peso constante garantiza la operación a presión constante.
• Proceso Operativo:
  1. Fase de Carga: El exceso de energía de la red o de fuentes renovables alimenta un compresor. El aire a alta presión se introduce en la bolsa, que se expande levantando la carga pesada. La presión se mantiene constante debido al peso invariable de la carga. El calor generado durante la compresión es capturado para su posterior reutilización, mejorando la eficiencia del ciclo.
  2. Fase de Descarga: El aire comprimido es liberado de la bolsa por la acción de la energía potencial gravitacional de la carga pesada. Este aire impulsa una turbina para generar electricidad cuando la demanda es alta. El proceso de descarga también es isobárico, lo que optimiza el rendimiento.

Esta innovación no solo mejora la densidad de almacenamiento energético, sino que también ejemplifica los principios del ODS 12 (Producción y Consumo Responsables) al reutilizar infraestructuras existentes y maximizar la eficiencia de los recursos energéticos.

Análisis de Rendimiento y Eficiencia Energética

La simulación del sistema bajo condiciones específicas (temperatura ambiente de 25 °C, presión de 0,1 MPa) arrojó resultados prometedores que refuerzan su viabilidad como tecnología clave para la transición energética y la lucha contra el cambio climático, en línea con el ODS 13 (Acción por el Clima).

• Eficiencia Energética (ENE): 87,1%, un valor notablemente alto que indica una mínima pérdida de energía en el ciclo de almacenamiento y recuperación.
• Eficiencia Exergética: 70,07%, reflejando una gestión eficaz de la energía de alta calidad en el sistema.
• Densidad de Almacenamiento de Energía: 2,68 kWh/m³ en el aire y 2,29 kWh/m³ por espacio ocupado, demostrando una alta capacidad de almacenamiento en un volumen compacto.

Las mayores pérdidas de exergía se identificaron en la turbina (35,21%) y el compresor (30,98%), señalando áreas clave para futuras optimizaciones y mejoras tecnológicas.

Análisis Económico y Viabilidad Comercial

El análisis económico del sistema, considerando una vida útil de 25 años y 350 días de operación anual, confirma su potencial como una inversión rentable y sostenible, un factor crucial para la adopción masiva de tecnologías que apoyan el ODS 7.

• Costo Nivelado de Energía (LCOE): 0,0804 $/kWh, un costo competitivo que lo posiciona favorablemente frente a otras tecnologías de almacenamiento de energía.
• Valor Presente Neto (VPN): 1,6 millones de dólares, indicando una rentabilidad positiva a lo largo de la vida útil del proyecto.
• Tasa Interna de Retorno (TIR): 17,93%, una cifra atractiva para los inversores.
• Período de Recuperación Dinámica (DPP): 8,36 años, un plazo razonable para proyectos de infraestructura energética.

Estos indicadores económicos demuestran que la transición hacia sistemas energéticos sostenibles no solo es técnicamente factible sino también económicamente viable, acelerando el cumplimiento de los objetivos climáticos y de desarrollo.

1. ¿Qué Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) se abordan o están conectados con los temas destacados en el artículo?

• ODS 7: Energía Asequible y no Contaminante

  Este es el objetivo más directamente relacionado. El artículo describe una tecnología avanzada de almacenamiento de energía diseñada para guardar el exceso de electricidad de fuentes renovables como la solar fotovoltaica y la eólica. El almacenamiento de energía es fundamental para garantizar un suministro estable y fiable de energía limpia, superando el problema de la intermitencia de las renovables. Esto contribuye a la transición hacia sistemas energéticos sostenibles y modernos.

• ODS 9: Industria, Innovación e Infraestructura

  El artículo se centra en una innovación tecnológica (“novedoso sistema de almacenamiento de energía”) que es el resultado de la investigación científica. El desarrollo de esta tecnología promueve la modernización industrial y la creación de infraestructuras resilientes y sostenibles. Además, el sistema propone la reutilización de “un pozo de mina vertical abandonado”, lo que representa una forma innovadora y sostenible de adaptar y reutilizar infraestructuras industriales existentes, aumentando la eficiencia en el uso de los recursos.

• ODS 13: Acción por el Clima

  Al facilitar la integración a gran escala de energías renovables, los sistemas de almacenamiento de energía como el descrito son una herramienta clave para la mitigación del cambio climático. Permiten reducir la dependencia de los combustibles fósiles para la generación de electricidad, lo que a su vez disminuye las emisiones de gases de efecto invernadero. La tecnología es una medida concreta para combatir el cambio climático y sus efectos.

• ODS 11: Ciudades y Comunidades Sostenibles

  La propuesta de utilizar pozos de minas abandonados para albergar el sistema de almacenamiento contribuye a la gestión sostenible del suelo urbano y periurbano. Al reutilizar terrenos industriales en desuso (“maximizar el uso del terreno”), se evita la necesidad de ocupar nuevos espacios para infraestructuras energéticas, reduciendo el impacto ambiental y promoviendo un desarrollo urbano más compacto y sostenible.

2. ¿Qué metas específicas de los ODS se pueden identificar en función del contenido del artículo?

• Meta 7.2: Aumentar considerablemente la proporción de energía renovable en el conjunto de fuentes energéticas.

  El sistema de almacenamiento de energía por aire comprimido (AA-CAES) está explícitamente diseñado para almacenar “el exceso de energía proveniente de sistemas fotovoltaicos, eólicos o de la red”. Al solucionar el problema de la intermitencia de estas fuentes, la tecnología facilita su integración masiva en la red eléctrica, lo que contribuye directamente a aumentar su proporción en el mix energético global.

• Meta 7.a: Aumentar la cooperación internacional para facilitar el acceso a la investigación y la tecnología relativas a la energía limpia.

  La publicación de esta investigación en una revista científica internacional (“Case Studies in Thermal Engineering”) es un acto de difusión del conocimiento que promueve el acceso a la tecnología de energía limpia. El análisis económico detallado (LCOE, VPN, TIR) también busca demostrar la viabilidad de la inversión en esta infraestructura de energía limpia, fomentando su adopción.

• Meta 9.4: Modernizar la infraestructura y reconvertir las industrias para que sean sostenibles.

  El artículo describe una tecnología limpia y de alta eficiencia (“eficiencia energética (ENE) fue del 87,1 %”). Su propuesta de instalar el sistema en “un pozo vertical de mina abandonado” es un ejemplo claro de reconversión de infraestructuras industriales obsoletas para un uso sostenible, aumentando la eficiencia de los recursos y promoviendo procesos industriales más limpios.

• Meta 9.5: Aumentar la investigación científica y mejorar la capacidad tecnológica de los sectores industriales.

  Todo el artículo es el resultado de un esfuerzo de investigación y desarrollo (“Un grupo de investigación de la Universidad de Energía Eléctrica del Noreste de China ha propuesto…”). La simulación y el “análisis energético, exergético y económico” del sistema representan un avance en la capacidad tecnológica del sector de almacenamiento de energía.

3. ¿Hay algún indicador de los ODS mencionado o implícito en el artículo que pueda usarse para medir el progreso hacia los objetivos identificados?

El artículo no menciona los indicadores oficiales de los ODS de la ONU, pero proporciona datos y métricas específicas que funcionan como indicadores implícitos o análogos para medir el progreso.

• Indicadores para el ODS 7 (Energía Asequible y no Contaminante)

  • Costo Nivelado de Energía (LCOE): El artículo calcula un LCOE de “0,0804 dólares/kWh”. Este es un indicador económico directo de la asequibilidad de la energía almacenada y generada por el sistema, fundamental para evaluar la viabilidad de las tecnologías de energía limpia.
  • Eficiencia Energética: La “eficiencia energética (ENE) fue del 87,1 %” es un indicador técnico clave que mide cuán eficazmente el sistema convierte y almacena energía, lo cual es crucial para la sostenibilidad y la eficiencia de un sistema energético.
  • Tasa Interna de Retorno (TIR) y Período de Recuperación (DPP): Con una TIR del “17,93 %” y un DPP de “8,36 años”, estos indicadores financieros miden la viabilidad económica y el atractivo de la inversión en esta infraestructura de energía limpia, lo que se alinea con la meta 7.a.

• Indicadores para el ODS 9 (Industria, Innovación e Infraestructura)

  • Densidad de Almacenamiento de Energía: Calculada en “2,68 kWh/m³”, esta métrica es un indicador del avance tecnológico y la eficiencia en el uso del espacio, mostrando una mejora en la capacidad tecnológica (Meta 9.5).
  • Reutilización de Infraestructura: El uso de “un pozo de mina vertical abandonado” es un indicador cualitativo del progreso hacia la reconversión de industrias y la modernización sostenible de la infraestructura (Meta 9.4).

4. ODS, metas e indicadores

Fuente: pv-magazine-mexico.com