Almacenamiento de energía hidroeléctrica en explotaciones subterráneas de carbón y ajuste del sistema eléctrico español

Abstract

Los objetivos de descarbonización de la UE para 2050 establecen una reducción de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) entre un 80 y un 95% en comparación con los niveles de 1990, requiriendo para ello una participación significativamente mayor de energías renovables en el mix de generación, con un incremento comprendido entre el 90-100%. Para ello, será necesario reducir la participación de los combustibles fósiles e instalar entre 145-200 GW de energía renovable. La preocupación más importante con respecto a algunas formas de energía renovable, como las energías solar y eólica, es su intermitencia y suministro fluctuante, que conduce a variaciones de frecuencia del sistema. Para subsanar estos problemas se requieren sistemas de almacenamiento de energía, que proporcionan flexibilidad en la generación de energía al variar la curva de demanda. La Cuenca Central Carbonífera Asturiana (CCCA), situada en el norte de España, ha sido una zona minera de carbón muy explotada durante las últimas décadas y su red de galerías se extiende entre más de 30 minas. Parte de esta infraestructura estará disponible para usos alternativos ya que la mayoría de las instalaciones mineras de carbón en España cesarán su actividad en 2018 (Decisión Europea 2010/787/UE). La red de galerías en minas clausuradas ha sido sugerida como posible embalse inferior para el desarrollo de proyectos de centrales hidroeléctricas reversibles subterráneas, dónde el embalse superior estaría situado en la superficie o a poca profundidad, y el embalse inferior sería subterráneo. El presente trabajo analiza la viabilidad de las redes de galerías como embalse inferior subterráneo. Para analizar la estabilidad de las infraestructuras subterráneas se han creado modelos numéricos geomecánicos a partir de FLAC3D usando el Método de Diferencias Finitas (MDF), considerando diferentes escenarios de macizos rocosos según la geología de la CCCA. Los resultados obtenidos en los modelos determinan la estabilidad de las redes de galerías que forman el embalse inferior. Los procesos de llenado y vaciado de la red de túneles durante el funcionamiento de la Turbina-Bomba son complejos debido a la presencia de dos fluidos que interaccionan dentro de los túneles, agua y aire. Para estudiar esto, se ha desarrollado un modelo tridimensional bifásico de la Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) utilizando Ansys Fluent, para conocer el comportamiento del flujo en el interior de los túneles. Los resultados de presión y velocidad obtenidos en las simulaciones confirman que el uso de galerías subterráneas como embalse inferior es técnicamente viable. Con el objeto de determinar la rentabilidad de la inversión, se efectúa un estudio económico-financiero, obteniendo en primer lugar los costes de inversión. También se consideran los costes de personal, O&M así como los ingresos y gastos por la compra-venta de energía derivados de la participación en los servicios de ajuste del sistema eléctrico, resultando unos parámetros razonables de rentabilidad.