Opciones futuras para almacenar energía cerca del centro de Ciudad del Cabo

Muy recientemente, funcionarios de la ciudad de Ciudad del Cabo han expresado interés en volver a operar una central eléctrica.

La energía eléctrica llegó a Ciudad del Cabo alrededor de 1900 con la construcción de una central eléctrica impulsada por vapor y alimentada con carbón ubicada cerca del área del astillero Victoria and Alfred. La ubicación ofrecía dos ventajas: la central eléctrica estaba cerca de la zona de descarga de los barcos de carbón que podían zarpar desde Durban. La segunda ventaja era que la proximidad al mar permitía enfriar con agua de mar los condensadores de vapor de escape. Durante varios años, la ciudad de Ciudad del Cabo fue propietaria de esa central eléctrica que cerró en 1965 y puso fin al funcionamiento de trolebuses eléctricos en la ciudad.

Almacenamiento por bombeo de Table Mountain:

Muy recientemente, funcionarios de la ciudad de Ciudad del Cabo han expresado interés en volver a operar una central eléctrica. En la actualidad, la topografía de Ciudad del Cabo ofrece una opción para introducir el almacenamiento de energía hidráulica por bombeo utilizando embalses existentes ubicados en la cima y al costado de Table Mountain. El embalse de Molteno es la presa de almacenamiento más antigua de Ciudad del Cabo, mientras que las presas Hely Hutchison y Woodhead se construyeron a mayor altura durante un período posterior. La diferencia de altura entre el embalse de Molteno y Hely Hutchison permite el almacenamiento de energía hidráulica por bombeo.

En la actualidad, y al sureste de Ciudad del Cabo, cerca de Grabouw, Eskom opera la instalación de almacenamiento por bombeo Palmiet de 400 MW que implica el uso de la presa Steenbras como depósito superior y un depósito inferior ubicado a unos 60 m bajo el nivel del suelo, donde se instalan turbinas de bombeo. Si bien la instalación de almacenamiento hidráulico por bombeo mediante una tubería entre los embalses de Molteno y Hely Hutchison solo ofrecería una pequeña fracción de la producción de Palmiet, esa capacidad de almacenamiento podría brindar algún beneficio a la ciudad de Ciudad del Cabo. Durante las horas nocturnas se podrá recargar con energía eléctrica de bajo costo.

Almacenamiento de energía sumergido en la costa costa afuera:

La ciudad de Toronto1, Canadá, está situada en la costa norte del lago Ontario, donde un proyecto conjunto entre la compañía eléctrica de la ciudad, Toronto Hydro y un desarrollador de almacenamiento de energía conocido como 'Hydrostor'2 ha instalado una tecnología de almacenamiento de energía de aire comprimido bajo el agua. Al igual que Toronto, Ciudad del Cabo es una ciudad costera con potencial para tomar prestada la tecnología submarina de almacenamiento de energía de aire comprimido. Mientras que Toronto está rodeada de terreno llano, las montañas de Ciudad del Cabo ofrecen un medio para mejorar el sistema de almacenamiento de energía del aire comprimido. Durante la noche, se bombea aire comprimido a "globos" submarinos fijados al lecho del lago.

Durante las horas pico, el aire comprimido mezclado con gas natural ingresa a las cámaras de combustión que activan las turbinas de gas que impulsan los generadores eléctricos. Toronto tiene acceso a un gasoducto de suministro de gas natural, mientras que Ciudad del Cabo no tiene ese acceso. Pueden pasar muchos años antes de que se construya un gasoducto transafricano para transportar gas natural desde pozos subterráneos frente a las costas de Tanzania y Mozambique. Ciudad del Cabo dependerá de los barcos para entregar GNL (gas natural licuado) y utilizar almacenamiento flotante. Ciudad del Cabo podría modificar el almacenamiento submarino de energía de aire comprimido utilizando 'globos' inflables de alta presión y eliminar la necesidad de gas natural.

Opción de almacenamiento de aire comprimido en Ciudad del Cabo:

Un concepto alternativo puede conectar los 'globos' sumergidos a tanques de agua de alta presión sobre el suelo que alimentarán una corriente de agua de alta presión a través de turbinas hidráulicas. En Ciudad del Cabo, tal vez sea posible excavar una caverna adecuada en las montañas costeras o ampliar una cueva adecuada y aplicar sellador para permitir que contenga aire y agua a alta presión. Los 'globos' submarinos almacenarán aire comprimido que se conectará mediante tuberías de alta presión a una caverna con sellador aplicado al techo y las paredes. La caverna almacenará agua o incluso agua de mar.

Si se utilizara agua potable, se requeriría una segunda caverna de tamaño equivalente y a menor elevación. Durante el funcionamiento, se aplicaría aire comprimido al agua de la cueva con paredes y techo impermeables. El aire comprimido forzaría una corriente de agua a través de turbinas hidráulicas que impulsarían generadores eléctricos. Durante la recarga, las turbinas hidráulicas funcionarían como bombas y empujarían agua bajo presión hacia la caverna superior, forzando el aire comprimido hacia los 'globos' sumergidos. Un compresor de aire podría realizar tareas finales de "relleno" del compresor para asegurar la máxima presión de aire disponible.

Requisitos de la caverna:

Se necesitaría una caverna con sellador aplicado a sus paredes, techo y piso para soportar una presión interna considerable resultante de su conexión a "globos" submarinos llenos de aire comprimido. Para el agua de mar, una elevación vertical de 500 metros se traduciría en una presión de más de 5.000 kPa. El peso de la tierra sobre la caverna y la "fricción" de la tierra a los lados de la caverna tendrían que ser suficientes para evitar una "explosión". El fondo marino, a unos 160 kilómetros al oeste de Ciudad del Cabo, desciende por debajo de los 2.000 metros, lo que permite una presión máxima de alrededor de 20.000 kPa.

Una caverna excavada en las profundidades de Table Mountain, tal vez por debajo del nivel del mar, requeriría la aplicación de un sellador en su superficie para volverse impermeable y evitar la filtración de agua de mar y posibles "tuberías" a través de áreas débiles. Una tubería de alta presión conectaría los "globos" submarinos con la caverna. Siemens ofrece turbinas de bombeo hidráulico capaces de operar sobre una elevación vertical o "altura" de 600 metros (6.000 kPa), lo que significa que los "globos" submarinos tendrían que ubicarse más cerca de Ciudad del Cabo. Un número suficientemente grande de cavernas podría ofrecer una capacidad de almacenamiento de 1.000 MW que podría estar disponible durante los períodos de máxima demanda.

Factores ambientales:

La Península del Cabo, en el área de Ciudad del Cabo, tiene una base geológica de roca porosa o permeable. En toda la región de Cape Flats, ese subsuelo poroso y permeable sirve como acuífero con capacidad de almacenamiento de agua potable. La geología de Table Mountain incluye una estructura de subsuelo porosa y permeable que funciona como un acuífero que almacena grandes volúmenes de agua potable. Cualquier cueva debajo de Table Mountain que se amplíe para el almacenamiento de agua de mar a alta presión o se excave especialmente con el fin de almacenar agua de mar a alta presión, requeriría que se aplicara un sellador duradero y robusto a la superficie interior de la caverna para evitar fugas o filtración.

El sellador tendría el doble propósito de evitar fugas de presión de aire y fugas de agua. La reciente sequía de Ciudad del Cabo redujo considerablemente los niveles de agua en algunas de las represas de Ciudad del Cabo a cerca del 20% de su capacidad. Dado que las futuras sequías son impredecibles, un sistema de almacenamiento de energía que utilice aire comprimido sobre agua de mar podría garantizar el funcionamiento continuo de dicho sistema durante futuros períodos de sequía. Naturalmente, los ambientalistas del área de Ciudad del Cabo desearían participar en cualquier propuesta que involucre el almacenamiento futuro de energía para la región que implique almacenar agua de mar a alta presión.

Conclusiones:

El área de Ciudad del Cabo ofrece mucho potencial para utilizar varias formas de energía renovable para generar energía eléctrica. Tecnologías como la energía eólica, la conversión de energía de las olas oceánicas y la conversión de energía de las corrientes oceánicas (mediante turbinas sumergidas) a menudo pueden generar energía durante períodos de muy baja demanda del mercado. Las centrales nucleares (térmicas – de vapor) funcionan de manera óptima cuando todos los componentes térmicos se mantienen a temperatura y presión constantes. Por tanto, el almacenamiento de energía es compatible con estas tecnologías de generación de energía. El área de Ciudad del Cabo tiene potencial para una pequeña instalación de almacenamiento por bombeo de varios cientos de kilovatios, así como para un concepto de almacenamiento de energía de varios gigavatios.

Será necesario realizar más investigaciones y evaluaciones de futuras tecnologías de generación y almacenamiento de energía para el área de Ciudad del Cabo. La viabilidad y factibilidad de una amplia gama de 'globos' submarinos que almacenan aire comprimido a alta presión y que se conecta a través de una tubería submarina de alta presión con Ciudad del Cabo requerirán más evaluaciones. El mantenimiento, inspección y reparación de almacenamiento de energía de aire comprimido en aguas profundas requeriría el uso de maquinaria de control remoto, así como tecnología de monitoreo remoto. Las nuevas tecnologías en evolución relacionadas con la perforación oceánica podrían tener aplicación en una instalación submarina de almacenamiento de aire comprimido en alta mar cerca de Ciudad del Cabo.

Sobre el Autor:

Harry Valentine nació en Ciudad del Cabo y asistió a escuelas primarias y secundarias en el área del Distrito 6 de Ciudad del Cabo. Obtuvo su título en ingeniería en el extranjero en la Universidad de Carleton.