Alternativas y viabilidad de proyectos para el almacenamiento energético por aire comprimido

Abstract

En medio de la transición energética y debido a los problemas y dificultades que se afrontan, la relevancia de las tecnologías de almacenamiento de energía cada vez es mayor, buscándose nuevas y diversas técnicas que puedan suplir los elevados requerimientos existentes. Estas tratan de adaptar el sistema eléctrico a las nuevas formas de obtención de energía, aportando flexibilidad, estabilidad y equilibrio a la red eléctrica y por tanto, facilitando el desarrollo siempre desde una visión sostenible, eficiente y segura. Este trabajo de investigación pone el foco sobre una de las principales alternativas para el almacenamiento energético a gran escala, las plantas CAES. Para ello, se recopila y clarifica la información existente sobre este método de almacenamiento energético mediante aire comprimido. En este documento se busca ofrecer una vista preliminar de las posibilidades del uso de los sistemas CAES, analizando su potencialidad, cuáles son las alternativas más viables en la actualidad y las perspectivas de futuro que presentan, evaluando las diferentes opciones en cuestiones como el esquema de planta o el almacén empleado. Dentro de las disposiciones de planta existentes se establece que los sistemas A-CAES, o CAES adiabático, son los que mayores ventajas presentan, así como los almacenes subterráneos como puedan ser los diapiros de sal o el uso de minas abandonadas. Así, se desarrolla una herramienta de diseño que permite analizar los requerimientos de la planta en función de los diferentes cambios introducidos en las variables de entrada, permitiendo obtener una respuesta automática a las variaciones, en términos técnicos y económicos, ofreciendo al usuario un sistema práctico para el estudio preliminar y facilitando la toma de decisiones ante un proyecto de estas características. Para profundizar más en el estudio se realiza un análisis sobre una planta A-CAES de 50 MW. Empleando la herramienta de dimensionamiento generada se estudian sus requerimientos desde el punto de vista técnico, para posteriormente buscar una ubicación óptima de la planta en base al volumen de almacén requerido. Igualmente se evalúan las características geológicas y estructurales de forma simplificada, con el objetivo de establecer su viabilidad y costes asociados. Por último, se estudia la economía de la planta de forma genérica, a partir de la herramienta de diseño, y de forma más concreta incluyendo los costes de adaptación de la galería almacén. De esta manera se estudian las ventajas, funcionalidad y potencialidad de futuro que presenta esta tecnología, así como las dificultades e inconvenientes que se deben afrontar para su implantación. Este tipo de instalaciones son necesarias actualmente, y a mayor integración de las renovables, más relevancia tomarán. El impulso de proyectos de este tipo es fundamental desde el punto de vista técnico para asegurar el funcionamiento óptimo, seguro y fiable de la red eléctrica. Las plantas CAES son sistemas con un grandísimo potencial, presentando buenos rendimientos, que además tienen previsión de mejora, lo que les va a permitir optimizar su capacidad para captar el mejor diferencial de arbitraje, teniendo además en cuenta que se podrán generar otras fuentes de ingresos no evaluadas en este proyecto.

Going through the energy transition, and due to the problems and difficulties faced, the relevance of energy storage techniques is increasing, and new and diverse technologies are being sought to meet the high existing requirements. These techniques are looking to adapt the electricity system to the new ways of obtaining energy, providing flexibility, stability and balance to the electricity grid and, therefore, facilitating development from a sustainable, efficient and safe point of view. This research work focuses on one of the main alternatives for large-scale energy storage, CAES plants. To this end, existing information on this method of compressed air energy storage is compiled and clarified throughout this document. This paper aims to provide a preliminary view of the possibilities of using CAES systems, analysing their potential, which are the most viable alternatives nowadays and their future outlook, evaluating the different options in terms of plant layout and storage. Within the existing plant schemes, it is established that A-CAES systems, or adiabatic CAES, are the most advantageous, as well as underground storage facilities such as salt formations or the use of abandoned mines. Thus, a design tool is developed, allowing the analysis of the plant requirements according to the different changes introduced in the input variables, obtaining an automatic technical and economic response to these variations, offering the user a practical system for the preliminary study, and facilitating the decision-making process for a project of these characteristics. To go deeper into the study, an analysis of a 50 MW A-CAES plant is carried out. Using the dimensioning tool generated, its requirements are studied from the technical point of view, in order to subsequently find an optimal location for the plant based on the required storage volume. The geological and structural characteristics are also evaluated in a simplified way, with the aim of establishing its feasibility and associated costs. Finally, the economics of the plant are studied in a generic way, based on the design tool, and in a more specific way, including the costs of adapting the storage gallery. In this way, the advantages, functionality and future potential of this technology is studied, as well as the difficulties and disadvantages that must be faced for its implementation. These types of installations are currently necessary, and the greater the integration of renewable energies, the more relevant they will become. The development of this type of projects is essential from a technical point of view to ensure the optimal, safe and reliable operation of the electricity grid. CAES plants are systems with great potential, with good efficiency characteristics, which are also expected to improve, allowing them to optimise their capacity to capture the best arbitrage differential, also taking into account that other sources of income not evaluated in this project can be generated.