Modelan un nuevo dispositivo de almacenamiento energético como alternativa a las baterías

La energía limpia, basada en fuentes renovables como la luz solar o el viento, se erige como el camino a transitar para habitar un mundo más sostenible. Sin embargo, hay un problema: las renovables no siempre producen energía cuando se necesita, y encontrar un almacenamiento que sea limpio u de capacidad suficiente es indispensable.

Frente al impacto ambiental de la extracción y reciclaje de algunos de los materiales necesarios, muchas veces escasos, para construir baterías convencionales, la comunidad investigadora busca alternativas.

Y entre esas alternativas emerge una innovación, resultado de la colaboración entre los departamentos de Ingeniería Eléctrica y Automática, de Mecánica y de Física de la Universidad de Córdoba. Este dispositivo, desarrollado por los investigadores Antonio Martín Alcántara, José Luis Aranda Hidalgo, Alberto Jiménez Solano y Antonio Sarsa Rubio, permite almacenar energía y liberarla en el momento ideal, usando para ello un tanque cilíndrico sumergido en agua que aprovecha la presión hidrostática (el peso de la columna de líquido sobre una superficie) para comprimir aire y posteriormente expandirlo, en una turbina, entregando esa energía almacenada.

De izquierda a derecha, los autores del artículo, Alberto Jiménez Solano, Antonio Sarsa Rubio, José Luis Aranda Hidalgo y Antonio Martín Alcántara.

El sistema, que podría estar sumergido, por ejemplo, en un embalse «se compone de un tubo cilíndrico con un disco que lo divide en dos cámaras, una superior con agua y otra inferior con el aire» explica Antonio Martín. «Inicialmente (con el sistema cargado), el disco está arriba y el cilindro está lleno de aire. Luego, ese disco baja y el agua va ocupando la parte superior del cilindro y, a su vez, comprimiendo el aire a una presión muy elevada, debido al peso del agua», continúa. Esa sería la fase de liberación de la energía, ya que ese aire comprimido sale por un orificio en la parte inferior del cilindro e impulsaría una turbina generando la energía.

Por el contrario, para recargar el almacenaje del tubo, se usaría por ejemplo un motor para subir el disco y así el aire volvería a ocupar todo el cilindro. «El aparato ha sido concebido para almacenar energía durante periodos de precios bajos y para la recuperación durante las horas pico», explica José Luis Aranda Hidalgo, que fue quien registró el invento en el que se inspira este estudio como Modelo de Utilidad (ES-1291145-Y).

Alternativa de almacenaje de energía

El nombre que recibe el sistema es iOWC, ya que revisita la ya existente columna de agua oscilante (OWC por sus siglas en inglés), pero de forma inversa. Este sistema, el OWC, es un mecanismo simple que se usa para extraer energía de las olas del océano a través de un cilindro en el que el volumen de agua está abajo y sube su nivel con el oleaje del océano, generando energía. La nueva aplicación invertida, el iOWC, se erige como una alternativa de almacenaje de energía.

Desde el plano de la física, los investigadores Alberto Jiménez Solano y Antonio Sarsa Rubio han contribuido a este análisis teórico de viabilidad a través de las ecuaciones de conservación, que han permitido definir las dimensiones prácticas necesarias para el diseño y futura implementación del sistema.

Los resultados obtenidos por el equipo permiten conocer cómo respondería el sistema, identificando las condiciones de diseño adecuadas para su mejor funcionamiento teniendo en cuenta la relación de aspecto (la proporción entre ancho y alto del cilindro) y el tamaño del orificio de salida del aire para conseguir la energía y la potencia necesarias, reduciendo las oscilaciones que podrían producirse en el disco del cilindro debido a la presión. Para mitigar esas oscilaciones, los investigadores también proponen un sistema de amortiguación.

Con el desarrollo y la formulación teórica del diseño de este dispositivo se avanza en el conocimiento de una alternativa limpia para el almacenamiento energético que, además, permitiría adecuar la carga y descarga de energía a la situación del mercado.

Referencia:

Martín-Alcántara, A., Aranda-Hidalgo, J. L., Jiménez-Solano, A., Sarsa-Rubio, A. (2023). ‘Analysis and design of an inverted oscillating water column for energy storage under choked flow conditions’. Energy, 285, 0360-5442. https://doi.org/10.1016/j.energy.2023.129356