En los últimos años, los veranos estadounidenses se han visto un poco apocalípticos. Los incendios forestales arrasaron la costa oeste. Las inundaciones robaron casas. En julio de 2021, se registró el mes más cálido de la historia de la Tierra y las redes eléctricas parpadearon, lo que provocó apagones generalizados que apagaron el aire acondicionado, los purificadores de aire y las máquinas de oxígeno. Tales fallas de energía representan un riesgo nuevo y potencialmente mortal para las personas en todo el mundo que se está calentando.

Pero algo llamado energía hidroeléctrica de almacenamiento por bombeo puede ayudar. Creadas conectando dos depósitos, uno a mayor altitud que el otro, estas plantas bombean agua cuesta arriba, almacenándola en el depósito superior, antes de liberarla a través de una turbina, que hace girar un generador y bombea energía de regreso a la red. Estos sistemas ya proporcionan el 93% del almacenamiento de energía a escala de red de los Estados Unidos; y en el clima más cálido y volátil de hoy, pueden reponer la electricidad durante los apagones causados ​​por olas de calor, huracanes o ataques cibernéticos y mantener el flujo de energía renovable cuando se pone el sol y no soplan los vientos. En resumen, hacen que la red eléctrica sea más resistente.

Entonces, ¿podría su pueblo o ciudad usar pronto una de estas instalaciones? Es difícil de decir.

Hasta ahora, existían pocos datos sobre dónde se podían construir plantas hidroeléctricas de almacenamiento por bombeo en los Estados Unidos. Y, aunque la energía constante de la energía hidroeléctrica ya complementa otras fuentes de energía renovable, no está claro cómo respaldará una futura red de energía limpia que funcione con mucha energía eólica y solar.

Ahora, dos nuevos informes de investigadores del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) ayudan a llenar ambos vacíos de datos. El primer estudio identifica los sitios de EE. UU. que podrían soportar plantas hidroeléctricas de almacenamiento por bombeo, así como cuánto podrían costar y cuánta energía podrían producir. El segundo (que se publicará pronto como un informe técnico de NREL) utiliza ese conjunto de datos y recursos adicionales para examinar cómo la energía flexible y de bajo costo de la energía hidroeléctrica podría respaldar la red del mañana. El trabajo fue financiado por la Oficina de Tecnologías de Energía Hidráulica del Departamento de Energía de EE. UU. y es parte de su Iniciativa de Innovación Hidrohídrica para un Sistema Eléctrico Resiliente.

¿En qué parte del mundo podemos construir energía hidroeléctrica de almacenamiento por bombeo?

Hay un mapa para eso.

Elegir un sitio para instalar una turbina eólica o un panel solar es relativamente fácil. ¿El viento es fuerte y constante? ¿El sol brilla más a menudo que no? Si la respuesta es sí, ese sitio podría funcionar. Instalar una central hidroeléctrica de almacenamiento por bombeo es un poco más complicado. Necesitas dos grandes lagos, uno muy por encima del otro, para almacenar energía. Y, para construir plantas más ecológicas, ninguna debe conectarse a un río.

Encontrar sitios para respaldar estas instalaciones es complicado, o solía serlo.

"Con este mapa, las personas que viven en Wyoming podrían acercarse a una cadena montañosa y ver dónde están algunos de los mejores sitios", dijo Stuart Cohen, ingeniero de modelos en NREL y coautor de ambos informes. "Nadie está produciendo un producto con este alcance y granularidad para los Estados Unidos".

En 2017, la Universidad Nacional de Australia desarrolló un conjunto de datos de posibles sitios de energía hidroeléctrica de almacenamiento por bombeo en todo el mundo, identificando alrededor de 616 000 ubicaciones potenciales. Ahora, Cohen, junto con un equipo de investigadores, ha adaptado el algoritmo original de la universidad para crear datos geoespaciales más detallados sobre sitios potenciales en los Estados Unidos.

Los investigadores de la Universidad Nacional de Australia y del NREL tuvieron que tomar algunas decisiones de diseño técnico por adelantado. Cada embalse, por ejemplo, necesita una presa. Y ambas presas podrían tener un número infinito de alturas potenciales. "Puedes imaginarte", dijo Cohen, "cómo explota ese problema si tienes una cantidad infinita de opciones".

Para controlar su conjunto de datos, los investigadores de NREL fijaron parámetros como la altura de la represa y la duración del almacenamiento, seleccionando una duración de almacenamiento de energía de 10 horas, por ejemplo, porque tiende a ser más competitivo en costos (en comparación, las baterías actuales brindan alrededor de 4 horas de energía almacenamiento). Usando su algoritmo geoespacial, el equipo buscó en el país todos los sitios posibles y luego los redujo a una lista final que se adhirió a consideraciones técnicas, ambientales y económicas adicionales. Para encontrar el mejor lugar, cualquier aficionado a la energía hidroeléctrica puede ordenar y filtrar esos sitios por altura de cabeza (la diferencia de elevación entre los dos embalses), capacidad de energía y costo.

Si bien la primera publicación de datos se basa en estos parámetros fijos, pronto Cohen y su equipo planean crear una versión actualizada de su mapa que brinde a los usuarios más control. "Queremos crear un mapa interactivo en el que pueda activar y desactivar las casillas para elegir entre un almacenamiento de 12 u 8 horas, una presa de 40 o 60 metros de altura. Lo que la gente quiera".

Luego, una vez que un desarrollador localiza un sitio, la herramienta puede estimar cuánto podría costar construir su planta. También basado en el modelo original de la Universidad Nacional de Australia, el modelo de costos de NREL se adapta a las condiciones financieras y económicas de los Estados Unidos, de modo que los desarrolladores pueden evaluar si construyen su planta (o no).

Pronóstico del papel de la energía hidroeléctrica en una red de energía limpia

A medida que cambia el clima, la energía hidroeléctrica de almacenamiento por bombeo podría proporcionar energía de respaldo confiable. Pero las centrales hidroeléctricas convencionales también pueden producir y almacenar energía, y pueden encenderse y apagarse según sea necesario, extrayendo energía de la energía almacenada en sus embalses. Entonces, ¿cómo influyen estas plantas flexibles en un futuro más limpio?

"No estamos hablando de construir nuevas represas Hoover", dijo Cohen. O cualquier presa nueva, para el caso. En los Estados Unidos, las plantas hidroeléctricas existentes podrían proporcionar electricidad aún más flexible y confiable de lo que ya lo hacen. Con algunas modificaciones, estas instalaciones podrían activarse rápidamente en respuesta a los cambios en la cantidad o el tipo de electricidad en la red, equilibrando la entrada de energía variable de las turbinas eólicas y los paneles solares, por ejemplo, o suministrando más electricidad durante los meses de invierno cuando esos las fuentes de energía renovable tienden a disminuir.

Para analizar cómo la expansión de la capacidad hidroeléctrica podría servir a esta red de energía en evolución, Cohen y sus colegas de NREL desarrollaron nuevas capacidades de modelado de expansión de capacidad para representar con mayor precisión el papel de la energía hidroeléctrica en los sistemas eléctricos.

"De hecho, podría marcar una gran diferencia, mucho más grande de lo que esperaba", dijo Cohen. (Como beneficio adicional, los datos de su mapa de sitios de energía hidroeléctrica de almacenamiento por bombeo hacen que estos modelos de capacidad sean aún más precisos).

La flota hidroeléctrica actual tiene suficientes represas para producir hasta 80 gigavatios de electricidad. "Más de la mitad de eso ya es bastante flexible", dijo Cohen, lo que significa que los operadores podrían agregar fácilmente la generación de electricidad a otras funciones vitales de la flota, como la gestión del agua, el riego o la recreación.

"Lo emocionante es cuando dejas que el resto de la flota se vuelva más flexible", dijo Cohen. "Si eso sucede, esas instalaciones pueden marcar una gran diferencia en la economía y las emisiones en todo el país".