Boletín de Información Semanal

En Profundidad: Prometedores avances con las pruebas de almacenamiento térmico

15 de junio 2009

Se está poniendo a prueba una serie de ideas  de almacenamiento térmico avanzado y fluidos de transmisión de calor  con el objetivo de incrementar la eficiencia de las plantas CSP.


Redactor de CSP Today

Actualmente, la industria  contempla una gran cantidad de experimentación en I+D en el entorno del almacenamiento de energía térmica.

Entre las distintas iniciativas se pueden encontrar los fluidos de transporte de calor combinados en una planta de torre de potencia con almacenamiento termoclina ; uso de dióxido de carbono como transmisor de calor y cerámica sólida para almacenamiento y módulos de almacenamiento de calor en los que los fluidos de transmisión se mueven en un entorno de almacenamiento sólido.


Por ejemplo,  el Departamento de Energía norteamericano (DOE) intenta desarrollar un fluido de transmisión de calor avanzado que pueda funcionar en un rango de temperatura que abarque desde los 80º C hasta los 500.También ha adjudicado una concesión a Symyz Technologies, la única empresa elegida para investigar los  fluidos de transmisión de calor avanzados. Además, el DOE ha elegido otras organizaciones e instituciones académicas para desarrollar métodos mejorados de almacenamiento térmico.
   
Una gran instalación termosolar está formada por muchos kilómetros de tuberías llenas de fluido, montadas sobre grandes rejillas con espejos reflectantes usados para captar la radiación solar. Esta radiación calienta el fluido, que se usa para producir el vapor necesario para alimentar grandes turbinas generadoras de electricidad.

Actualmente, el fluido basado en aceite orgánico en las tuberías alcanza un umbral máximo de  400ºC de temperatura, que permite una producción de electricidad de aproximadamente 15 centavos por kilovatio hora. Symyx resalta que su nuevo fluido transmisor de calor, al ser usado con otras tecnologías avanzadas, puede hacer decrecer el coste de electricidad solar hasta 7 centavos por kilovatio hora.

Un papel experimental

Existen una serie de áreas en las que la industria debe  realizar la mayoría de estos esfuerzos.

Kelly Beninga, directora de energías renovables en WorleyParsons, señala que, en primer lugar, es vital realizar pruebas de campo con las distintas tecnologías de almacenamiento térmico (TES). En segundo lugar, la nueva tecnología debe ser rentable con el sistema TES de sales fundidas. Por último, debe proporcionar una alta eficiencia térmica.

"Además, el coste o requisito de operatividad y mantenimiento debe ser comparable a las TES de sales fundidas. Sin las pruebas adecuadas, un coste competitivo  y una mejor eficiencia, será difícil convencer a los otros para que cambien de una TES relativamente madura a una tecnología de nuevo desarrollo" dijo Beninga.

Transmisión del calor

Se ha recomendado que las plantas CSP adopten fluidos transmisores de calor (HTF) que puedan resistir las altas temperaturas que se alcanzan en las plantas modernas de hoy en día. Esto incrementaría la eficiencia y reduciría el coste de electricidad producida.

Los actuales HTF de las plantas de cilindros pueden alcanzar una temperatura de unos 734ºF mientras que las sales fundidas pueden calentarse hasta los 1050ºF,  que es la temperatura de vapor supercalentado, según Beninga. Señaló que "la industria y NREL han estado dirigiendo los I+D con el objetivo de usar fluidos de transmisión de calor de mayor temperatura".

También se está tomando en consideración la generación directa de vapor (DSG) en las plantas termosolares  tanto en los sistemas de cilindros parabólicos como los de torre de potencia.

" El sistema DSG eliminaría el uso de HTF, con lo que se reduciría una parte del coste de sistema. Hasta entonces, la forma preferente de almacenamiento sigue siendo el sistema de sales fundidas" afirmó Beninga.

Doble ventaja

El sistema de almacenamiento de doble tanque, en el que el HTF sirve también como medio de almacenamiento, es considerado una opción avanzada de almacenamiento térmico para plantas termosolares.

En un sistema de   doble tanque, las salen fundidas son usadas  como HTF y como forma de almacenamiento. Si se usa HTF, sería necesario intercambiadores aceite-sales/sales-aceite para  transferir la energía desde los campos solares a la TES y viceversa. Si las sales fundidas se usan de ambas maneras, los intercambiadores pueden eliminarse.

La incorporación de una TES permitiría a la planta proporcionar energía durante el atardecer y los días nublados en los que la radiación solar es baja.Beninga señaló que "es crucial para la planta proveer un suministro de energía seguro, predecible y programable a los servicios. En términos generales, el coste de 1000 MWht TES (aproximadamente 2-2,5 horas de almacenamiento) abarca desde los 65 millones de dólares a los 100 millones dependiendo de factores tales como el diseño, el uso, la localización, etc."

Recorte de costes en el horizonte

Hay que resaltar el trabajo del DOE para conseguir su objetivo de reducir el coste de la electricidad CSP de 13-16 centavos por Kwh sin almacenamiento a 8-11 centavos por KWh con 6 horas de almacenamiento de cara al 2015. El Departamento posee estrechos lazos con la industria CSP a través de su apoyo al desarrollo tecnológico, pruebas y evaluación de componentes y evaluación de recursos. Además está actualizando y expandiendo sus instalaciones de prueba en Sandia y el NREL para así evaluar mejor los sistemas y componentes CSP y recortar costes.

Por otro lado, la capacidad de suministro y la fiabilidad del almacenamiento son bastante desconocidos y por ello actualmente resulta difícil esbozar algún tipo de acuerdo PPA. Además, no se sabe cuáles son los costes del ciclo de vida real del almacenamiento.

Trabajo en equipo

Beninga afirma que con el interés en esta tecnología en auge, debería haber un esfuerzo por la colaboración a la hora de ahorrar costes en términos de mejora de eficiencia, y nuevas tecnologías y materiales.

La inclusión o instalación de TES en una planta termosolar se incrementaría ya que los servicios demandan a los productores de energía unos suministros más estables y predecibles. La inestabilidad en el suministro energético podría ser problemática para la red de transmisión. Beninga considera que la rebaja de los costes de la electricidad no puede depender de una sola mejora en un componente de  planta.


Fondos estatales disponibles

El año pasado, el Departamento de Energía señaló que esperaba realizar entre 10 y 25 concesiones mediante oferta competitiva. Con un 20% de participación en el coste por el sector privado para las fases de investigación y desarrollo y un mínimo de 50% del coste para las fases finales de demostración, se espera que la inversión de investigación total en tecnologías solares avanzados en esta oferta exceda los 75 millones de dólares.



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