El almacenamiento eficiente y sostenible de energía es uno de los grandes desafíos para la transición hacia un futuro renovable. En este contexto, la Fraunhofer Institute for Energy Economics and Energy System Technology (IEE) ha desarrollado un innovador sistema que lleva el principio de las centrales hidroeléctricas de bombeo al fondo del mar. En 2024, se llevará a cabo una prueba crucial de un prototipo de almacenamiento de energía esférica a gran escala anclado en el lecho marino frente a la costa de California. Este avance tecnológico tiene el potencial de revolucionar la manera en la que almacenamos energía, especialmente para aplicaciones de mediano y corto plazo, ofreciendo una solución que combina coste-eficiencia y menor impacto ambiental. La tecnología detrás del almacenamiento esférico es simple pero ingeniosa.
Consiste en una esfera hueca de concreto, con un diámetro de nueve metros y un peso de aproximadamente 400 toneladas, que se ancla a una profundidad de entre 500 y 600 metros bajo el mar. Para almacenar energía, se bombea agua desde el interior de la esfera hacia el exterior, vaciándola y creando un vacío parcial en su interior. Cuando se necesita liberar la energía almacenada, se permite que el agua regrese a la esfera gracias a la presión ejercida por la columna de agua exterior, lo que impulsa una turbina conectada a un generador eléctrico, produciendo electricidad. Este proceso es una adaptación innovadora del funcionamiento clásico de las centrales hidroeléctricas de bombeo, pero en lugar de utilizar un reservorio en tierra, utiliza el entorno marino para crear el diferencial de presión necesario para transformar energía mecánica en eléctrica y viceversa. La ventaja principal de este método es que el mar ofrece una columna de agua inmensa y constante, lo que permite disponer de un almacenamiento que no depende de la topografía terrestre ni de grandes superficies que muchas veces limitan la expansión de las centrales de bombeo tradicionales.
Un proyecto de esta naturaleza no solo implica avances en ingeniería sino también una cuidadosa planificación y colaboración internacional. Fraunhofer IEE trabaja junto con dos socios fundamentales: Sperra, una startup estadounidense especializada en impresión 3D de concreto para aplicaciones energéticas, responsable de la construcción de la esfera mediante técnicas avanzadas que combinan eficiencia y resistencia; y Pleuger Industries, con sede en Miami, reconocida mundialmente por su fabricación de bombas motoras sumergibles que son parte clave para el bombeo y la generación de energía dentro del sistema. En 2024, esta colaboración tiene previsto realizar una prueba experimental frente a Long Beach, cerca de Los Ángeles. Este componente piloto permite probar la efectividad del sistema a escala real y en condiciones marinas reales. El prototipo está diseñado para producir una potencia nominal de 0.
5 megavatios y una capacidad energética de 0.4 megavatios hora, cifras que aunque modestas, son cruciales para demostrar la viabilidad y escalabilidad del sistema. El almacenamiento de energía con este sistema presenta varias ventajas destacadas. En primer lugar, reduce considerablemente las limitaciones que tienen actualmente las tecnologías de almacenamiento por bombeo debido a la falta de terrenos adecuados. De hecho, las restricciones medioambientales y sociales en tierra dificultan la implementación de nuevas plantas hidroeléctricas de bombeo.
En cambio, utilizar el fondo marino ofrece un entorno menos polémico y con menores impactos visibles, que probablemente se traduzca en mayor aceptación ciudadana. En términos técnicos, el proyecto ha encontrado que las profundidades entre 600 y 800 metros son ideales para este tipo de almacenamiento por las condiciones óptimas de presión y equilibrio estructural. A estas profundidades, el equilibrio entre la presión del agua, el peso y el grosor de las paredes de concreto que componen la esfera es el más eficiente, además de permitir el uso de bombas estándar que reducen costos y facilitan mantenimientos. Además, la ubicación geográfica elegida no es casual. Hay muchas zonas de costa en el mundo con características oceanográficas similares, lo que abre la puerta a una potencial implementación global.
Se han identificado áreas favorables en las costas de Noruega, Portugal, Estados Unidos, Brasil y Japón, entre otros. Esto significa que la tecnología, una vez probada y optimizada, podría tener un impacto global significativo en la capacidad de almacenar energía renovable, crucial para equilibrar la intermitencia de fuentes como la solar y la eólica. En una prueba preliminar realizada en el lago Constanza, Alemania, se probó una esfera más pequeña de tres metros que validó el principio de funcionamiento y proporcionó datos relevantes sobre operatividad y eficiencia. Esta experiencia fue fundamental para avanzar en el diseño y plantear el ensayo en la costa californiana con un prototipo más avanzado y cercano a las dimensiones comerciales. Desde la perspectiva económica, los investigadores de Fraunhofer han estimado que el costo de almacenamiento rondaría los 4.
6 céntimos de euro por kilovatio hora, con costos de inversión de aproximadamente 1.354 euros por kilovatio de potencia y 158 euros por kilovatio hora de capacidad. Aunque el coste inicial pueda parecer alto, se debe considerar la vida útil proyectada del sistema, que oscila entre 50 y 60 años para la estructura de concreto, y unos 20 años para los equipos mecánicos como turbinas y generadores. Esta durabilidad hace que la solución sea competitiva frente a otras tecnologías emergentes de almacenamiento. En cuanto a eficiencia, el sistema logra entre el 75 y el 80 % en el ciclo completo de almacenamiento y recuperación de energía, un rango similar a las centrales hidroeléctricas tradicionales.
Si bien puede no ser la tecnología más eficiente del mercado, sus ventajas en términos de potencial de escalabilidad, impacto ambiental reducido y densidad de energía son factores que le otorgan gran valor estratégico. El proyecto StEnSea, como se denomina esta iniciativa, está financiado de forma conjunta por el Ministerio Federal de Economía y Acción Climática de Alemania, con un aporte de casi 3.4 millones de euros, y por el Departamento de Energía de Estados Unidos, con una inversión cercana a los 4 millones de dólares. Este apoyo internacional refleja la relevancia y el interés por esta tecnología como parte integral de los sistemas energéticos del futuro. El almacenamiento esférico no solo es aplicable en el mar.
Los investigadores también han señalado su potencial en lagos profundos, tanto naturales como artificiales, incluyendo minas a cielo abierto inundadas. Esto aumenta considerablemente el número de posibles lugares donde se podría implementar el sistema, facilitando su integración en zonas donde la geografía terrestre no permite otras formas de almacenamiento masivo. Otro aspecto interesante de esta tecnología es su potencial sinérgico con otras energías renovables. Por ejemplo, podría integrarse con parques eólicos marinos flotantes, suministrando almacenamiento in situ que suaviza la variabilidad de la generación y mejora la estabilidad de la red. Esto es especialmente valioso en contextos donde se necesitan soluciones que combinen producción y almacenamiento en un mismo lugar con impacto ambiental controlado.
Este almacenamiento también se presenta como una herramienta importante para la gestión energética. Es ideal para operaciones de arbitraje, la compra de electricidad cuando los precios son bajos y la venta cuando son altos, así como para ofrecer servicios auxiliares que contribuyen a la estabilidad y calidad del suministro eléctrico. El objetivo a largo plazo es desarrollar esferas de hasta 30 metros de diámetro en parques de almacenamiento con múltiples unidades, que podrían alcanzar potencias de decenas de megavatios y capacidades de almacenamiento significativas. Los resultados de la prueba actual frente a California serán cruciales para definir la viabilidad técnica y económica para esta fase de expansión. El almacenamiento de energía esférica sumergida representa un hito en la innovación energética, ofreciendo una alternativa realista y prometedora frente a los límites de las tecnologías de almacenamiento actuales.
Con una combinación de ingeniería avanzada, colaboración internacional y respaldo financiero sólido, este proyecto se posiciona para convertirse en un pilar clave dentro del sistema energético del futuro, ayudando a superar los retos de la intermitencia, la demanda creciente y la descarbonización del sector energético. La energía renovable ha avanzado enormemente en las últimas décadas, pero sin sistemas de almacenamiento adecuados, su plena integración en las redes eléctricas es inviable. Tecnologías como la esférica sumergida ampliarán las posibilidades para almacenar de forma segura, eficiente y ambientalmente responsable, haciendo realidad un sistema energético más resiliente, sostenible y económicamente viable. La iniciativa que se probará en California es un testimonio claro de que la combinación de la innovación europea y estadounidense puede dar lugar a soluciones revolucionarias que beneficien a todo el planeta.
