Cómo abastecer de energía el Polo Sur con tecnologías de energía renovable

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Fuente: https://www.nrel.gov/

Una vista aérea de la Estación del Polo Sur con numerosos edificios de apoyo en un paisaje nevado.
El patio trasero de la estación Amundsen-Scott del Polo Sur contiene edificios de centros de trabajo y áreas de almacenamiento de carga. La estación principal es el gran edificio gris que se ve a lo lejos. A la izquierda del centro, a lo lejos, se pueden ver varios de los edificios del telescopio científico. Foto de Ian McEwen, National Science Foundation

Existe una oportunidad en el fin del mundo para mostrarle al planeta la importancia y confiabilidad de la energía renovable.

Los investigadores de dos laboratorios del Departamento de Energía de Estados Unidos (el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) y el Laboratorio Nacional Argonne) analizaron cómo una combinación de módulos solares, turbinas eólicas y almacenamiento en baterías podría proporcionar una forma rentable de ampliar las capacidades de investigación en el Polo Sur y, al mismo tiempo, reducir significativamente los costos. La idea de dejar de usar combustible diésel especialmente formulado para soportar el frío extremo surge en un momento en que los científicos miran hacia futuros experimentos.

“La energía es un recurso muy limitado en el Polo Sur”, dijo Amy Bender, física de Argonne y responsable de la infraestructura de los sistemas existentes del Telescopio del Polo Sur.

Desde la investigación hasta la vida en las estaciones de investigación de la Antártida, el combustible diésel proporciona casi toda la energía necesaria. El combustible se envía a la Antártida y se transporta por avión o camión hasta el Polo Sur, una propuesta costosa que podría reducirse en gran medida utilizando energía eólica y solar. Bender dijo que la Fundación Nacional de Ciencias (NSF), que opera las estaciones de investigación en el continente, ha afrontado “brillantemente” el desafío de suministrar combustible, pero sigue siendo un desafío.

La tecnología funcionaría en condiciones extremas

Bender, que ha pasado un año en el Polo Sur (distribuido en seis veranos), es coautor de un artículo publicado recientemente en el que se examinan los aspectos económicos y la viabilidad de utilizar energía renovable en el lugar. En el pasado, se han estudiado las energías renovables en el Polo Sur: en 2000, la NSF publicó los resultados de una prueba a pequeña escala de paneles solares y cinco años después, el NREL realizó un análisis para determinar si las turbinas eólicas funcionarían. Ambas tecnologías pudieron funcionar con éxito en las condiciones extremas del lugar. La NSF ha publicado un borrador del plan maestro para la estación del Polo Sur que recomienda realizar pruebas in situ de las tecnologías de energía renovable actuales para determinar su idoneidad para el lugar.

“El Polo Sur es uno de los lugares más extremos del planeta”, afirmó Ian Baring-Gould, director de Implementación de Tecnología Eólica en NREL y coautor de la publicación de investigación. “Desde una perspectiva tecnológica, estamos bastante seguros, basándonos en la investigación que hemos realizado hasta ahora, de que las turbinas pueden funcionar a temperaturas de hasta -70 grados. No hay nada que nos impida hacerlo. Obviamente, la gente no lo hace de forma habitual porque no es necesario. Lo mismo ocurre con la energía solar. Los módulos solares normalmente no funcionan a temperaturas de -70 grados porque no es necesario”.

En 2009, el gobierno de Nueva Zelanda instaló tres turbinas eólicas, cuya electricidad generada abastece a la base Scott de ese país y a la estación McMurdo de los Estados Unidos. McMurdo se encuentra a unos 1.360 kilómetros al norte del Polo Sur y es el lugar de aterrizaje de todo el combustible que finalmente llega al Polo Sur.

Un hombre aparece en primer plano en una fotografía que muestra tres turbinas eólicas en el fondo.
Ian Baring-Gould se tomó esta selfie durante una visita al Polo Sur en 2010. En el fondo, un trío de turbinas eólicas instaladas por el gobierno de Nueva Zelanda pueden producir casi un megavatio de energía. Foto de Ian Baring-Gould, NREL

Con las tecnologías probadas en temperaturas bajo cero, la siguiente prueba se centró en cuestiones económicas. El coste del combustible diésel “es mucho más alto ahora que en el estudio de 2005”, afirmó Baring-Gould.

El nuevo documento calcula que el costo nivelado de la energía para alimentar el Polo Sur asciende a 4,09 dólares por kilovatio-hora (kWh) para el combustible diésel, en comparación con 33 centavos para la energía eólica y 23 centavos para la solar.

Utilizando la herramienta de Integración y Optimización de Energías Renovables (REopt) desarrollada por el NREL, que calcula la viabilidad económica de un proyecto renovable, los investigadores determinaron que el escenario de menor costo para suministrar 170 kW de energía constante para nuevos equipos de investigación en el Polo Sur implica un sistema híbrido que incluye seis turbinas eólicas, 180 kilovatios de energía solar y 3,4 megavatios-hora de almacenamiento de energía en baterías. Esa combinación reduce la cantidad de consumo de energía diésel en un 96%, lo que reduce la necesidad de transportar combustible al Polo Sur y el daño ambiental posterior de quemar ese combustible en un lugar tan prístino. En el transcurso de 15 años, los ahorros por usar menos diésel ascenderían a 57 millones de dólares. La inversión de 10 millones de dólares necesaria para instalar las tecnologías renovables podría recuperarse en unos dos años, según la investigación.

“Podría ser un poco más que eso. Podría ser un poco menos, pero realmente se amortiza rápidamente en términos de la otra opción de quemar más combustible diésel para satisfacer esa demanda de energía”, dijo Nate Blair, coautor del artículo y gerente de grupo en el Centro de Implementación Acelerada y Soporte de Decisiones en NREL. A medida que las estaciones de investigación se expanden, dijo, “no está claro que el sistema actual pueda manejar muchas cargas adicionales”.

Uno de estos proyectos de investigación es el Telescopio del Polo Sur, un telescopio de microondas en el Polo Sur diseñado para medir el fondo cósmico de microondas, o la luz que apareció por primera vez hace miles de millones de años.

“Lo que estamos tratando de estudiar es parte de la luz más antigua del universo”, dijo Bender, miembro del grupo de Cosmología Experimental de Argonne y doctor en astrofísica. “Es luz que se liberó unos 380.000 años después del Big Bang, por lo que tiene esencialmente 13.000 millones de años”.

“Lo que estamos tratando de estudiar es parte de la luz más antigua del universo”, dijo Bender, miembro del grupo de Cosmología Experimental de Argonne y doctor en astrofísica. “Es luz que se liberó unos 380.000 años después del Big Bang, por lo que tiene esencialmente 13.000 millones de años”.

Lo que no se puede ver a simple vista, o incluso con un telescopio menos potente, revela una longitud de onda de luz que mide sólo alrededor de un milímetro. El vapor de agua en la atmósfera de la Tierra interfiere con la observación de estas diminutas longitudes de onda, por lo que la ubicación de los telescopios es de vital importancia.

“En el Polo Sur hace tanto frío que el agua se ha congelado y se ha convertido en cristales de hielo, y estos no impiden la visión. Podemos ver a través de ellos”, dijo Bender. “Por eso estamos en el Polo Sur. Es básicamente el mejor sitio de toda la Tierra para hacer este tipo de ciencia”.

«Nada se interpone en el camino»

El análisis que muestra que las energías renovables funcionarán en el Polo Sur es el primer paso.

“No hay nada realmente complicado aquí desde el punto de vista tecnológico que nos explique por qué no podemos o no debemos hacer esto”, dijo Baring-Gould, quien ya visitó el Polo Sur anteriormente, ayudando a la NSF a entender cómo usar la energía renovable para reducir la energía generada con combustibles fósiles. El diseño y la colocación de las energías renovables requerirán trabajo adicional. Los paneles solares deben estar diseñados para evitar que queden enterrados en ventisqueros, por ejemplo. La base de las turbinas eólicas estará anclada en hielo, algo que, según dijo, nunca se había intentado antes a esta escala. “Podemos hacerlo. Ese no es el problema. Pero tenemos que hacer esa tarea para asegurarnos de que lo hacemos bien y tenemos éxito. No es pan comido, pero no hay nada que se interponga en el camino para hacerlo”.

Además del clima, la ubicación del Polo Sur exige un enfoque diferente para el uso de energías renovables. El sol, por ejemplo, solo ilumina la región durante seis meses del año y durante ese tiempo alcanza una elevación máxima de 23,5 grados sobre el horizonte, señalaron los investigadores. Propusieron un sistema solar que coloca los módulos en vertical para minimizar la nieve acumulada y con los paneles dispuestos en cuatro subconjuntos orientados a los puntos cardinales para capturar la máxima cantidad de energía del sol que gira sobre ellos.

Los paneles solares están colocados en posición vertical en un paisaje nevado.
Los paneles solares instalados verticalmente en Suecia por Sunna Group utilizan una disposición que también se espera que sea útil para generar energía en el Polo Sur. Foto de Silvana Ovaitt, NREL

Es necesario realizar más trabajos para resolver un posible problema con el despliegue de turbinas eólicas. Las turbinas tienen el potencial de causar interferencias electromagnéticas en algunos experimentos en la estación Amundsen-Scott del Polo Sur. Los investigadores dijeron que se debe realizar una evaluación detallada y desarrollar un plan de mitigación.

Baring-Gould, que describe el Polo Sur como un “lugar increíblemente hermoso”, dijo que el nuevo estudio “reafirma con toda claridad que en cualquier lugar del planeta donde se utilice combustible diésel, se debería pensar en las energías renovables como una opción viable. No siempre será así, pero realmente se debería considerar”.

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