El almacenamiento de energía offshore se ha convertido en un factor de potencia crítica para la expansión global de energía renovable marina. A medida que las granjas eólicas flotantes y los arsenales de energía de onda se mueven hacia aguas más profundas, la naturaleza intermitente de estas fuentes exige sistemas de almacenamiento que puedan operar de forma fiable en el aerosol de sal, alta presión y condiciones corrosivas.

Avances en tecnologías de la batería para entornos terrestres

El almacenamiento de baterías es la tecnología más avanzada para aplicaciones offshore, pero los sistemas terrestres estándar fallan rápidamente en los entornos marinos. Los recientes desarrollos se centran en adaptaciones de química, diseño de recintos y métodos de refrigeración novedosos que extienden la vida y mejoran la seguridad en las condiciones offshore.

Sistemas de iones de litio adaptados para uso marítimo

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Baterías de Estado sólido para una mayor seguridad

Las baterías de estado sólido reemplazan al electrolito líquido con una cerámica sólida o polímero, eliminando virtualmente el riesgo de incendio que concierne a los operadores offshore.Las empresas como Blue Solutions y QuantumScape han demostrado prototipos que resisten presiones equivalentes a 500 metros de profundidad de agua.La mayor densidad de energía de las farmacias de estado sólido —potencialmente 500 Wh/kg— podrían reducir la huella de un contenedor de almacenamiento en una plataforma, liberando espacio

Baterías de sodio-Ión

La química de los iones de sodio está cobrando atención porque el sodio es abundante y barato, y las células pueden fabricarse en fábricas de iones de litio existentes con retorsión menor. Aunque los paquetes de iones de sodio tienen menor densidad de energía, cerca de 150 Wh/kg, ofrecen una excelente capacidad de tasa y pueden tolerar una descarga profunda sin daños.

Innovaciones de almacenamiento de hidrógeno

El hidrógeno verde producido por el viento offshore es un medio de almacenamiento versátil que se puede mantener durante semanas o meses, lo que lo hace ideal para el equilibrio estacional. Los principales obstáculos son la eficiencia de la electrolisis en un entorno de plataforma en movimiento y el almacenamiento seguro y compacto de gas de hidrógeno o líquido.

Electrolisis offshore

El proyecto de producción hidrogeno Offshore (HOP) en la mezcla del Mar del Norte ha demostrado un electrolízer de 10 MW montado en una estructura semi-submersible, produciendo hidrógeno a 30 bar con una eficiencia de 72%. La innovación clave es el uso de agua desnivelada, pre-evitado en el tablero de mando.

Almacenamiento de hidrógeno subacuático

El almacenamiento de hidrógeno en un depósito de alta presión en una plataforma es intensivo en espacio; una mejor opción es comprimir el gas y almacenarlo en acumuladores de subsea. Varios conceptos utilizan la presión hidrostática del océano para ayudar a la compresión. Por ejemplo, vejigas de caucho flexibles ancladas al fondo marino se llenan de hidrógeno a una presión ligeramente por encima de la presión del agua ambiente, por lo que el agua de los alrededores hace el trabajo de compresión.

E-Fuels como almacenamiento secundario

El hidrógeno también puede combinarse con dióxido de carbono capturado en una plataforma offshore para producir metano sintético o metanol, conocido como e-fuels. Aunque esto reduce la eficiencia de ida y vuelta (por lo general 30-40%), el combustible puede almacenarse en tanques ordinarios y utilizarse en turbinas de gas existentes o enviarse a la orilla. El proyecto internacional de reciclaje de carbono en Islandia ha demostrado que la síntesis de metanol es factible con un reactores relativamente compacto.

Almacenamiento de energía de aire comprimido y hidrocarburo

Estas tecnologías de almacenamiento masivo dependen del agua o el aire como fluido de trabajo, y las adaptaciones offshore explotan el océano profundo para reemplazar costosos depósitos o cavernas en tierra.

Almacenamiento de Hidrocarburos subacuático

El sistema de almacenamiento de la vejiga marina se puede utilizar en el submarinismo de la planta de agua, con un sistema de agua de la superficie de la flota de la tierra, con un sistema de agua de la vejiga, que se puede utilizar en el agua de la vejiga, con un valor de 100 m. de profundidad, y que se puede utilizar en el interior de la empresa.

Almacenamiento de energía aire comprimido (CAES)

Los sistemas CAES desbordan el océano profundo para mantener una presión de aire constante. En un diseño típico, el aire es comprimido por compresores eléctricos y almacenados en vasos de acero rígido o en cámaras inflables submarinas. La carga hidrostática del agua de mar circundante proporciona una contención natural, por lo que los buques no necesitan un refuerzo estructural pesado.

Tecnologías emergentes y Perspectivas del futuro

Más allá de las soluciones de baterías establecidas, hidrógeno y almacenamiento mecánico, varios conceptos novedosos se están moviendo de escala de laboratorio a pruebas prototipo en entornos offshore.

Baterías de flujo

Las baterías de flujo de redox de vainada (VRFB) separan el almacenamiento de energía de la conversión de energía mediante el uso de electrolitos líquidos en tanques externos. Para aplicaciones offshore, los tanques pueden colocarse en el fondo marino o en una barcaza separada, reduciendo el peso en la plataforma de turbina suplemento.

Almacenamiento basado en la gravedad

El almacenamiento de granos eleva una masa pesada usando la energía sobrante y la deja caer más tarde para regenerar la energía. En el mar, la “caída” puede ser vertical en el océano, utilizando la profundidad como la altura de gota. La compañía Gravitricity ha propuesto un diseño donde se suspende un peso de 500 toneladas de una plataforma flotante y se reduce en una serie de winches.

Almacenamiento de energía térmica

El almacenamiento térmico de aguas negras utiliza la electricidad para calentar un material (por ejemplo, hormigón, sal fundida o materiales de cambio de fase) dentro de contenedores aislados en la plataforma o en el fondo marino. Cuando se necesita energía, el calor conduce un motor térmico (ciclo de calefacción o ciclo de Rankine) para producir electricidad. La Universidad de Edimburgo ha diseñado un bloque de hormigón modular que contiene elementos de calefacción integrados y los intercambiadores de calor.

Sistemas de almacenamiento híbrido e integración

La solución óptima de almacenamiento offshore para una granja eólica específica probablemente combinará dos o más tecnologías: baterías para una respuesta rápida (segundos a minutos), hidrógeno o CAES para el equilibrio diario (horas a días), y combustibles electrónicos o almacenamiento de gravedad para el almacenamiento estacional. El proyecto de colaboración UE-Japón Offshore Hybrid Energy Storage (OHES) está desarrollando un sistema de control que se envía entre un paquete de energía de vainaje, un solo vano.

Conclusión

Las tecnologías emergentes en el almacenamiento de energía offshore están rápidamente maduras, impulsadas por el crecimiento exponencial de energías renovables flotantes y marinas. Las baterías de litio y estado sólido ofrecen capacidad compacta y rápida para duraciones cortas; almacenamiento de hidrógeno y hidro bombeado de agua proporcionan soluciones de dura duración larga; y baterías de flujo, almacenamiento de gravedad y sistemas térmicos llenan la brecha media con ventajas únicas.