El sistema de almacenamiento de energía de alta densidad de EE UU aumentará la eficiencia de las torres

Créditos de imagen: Sputnikos

Southern Research proyecta poner en servicio en octubre de 2017 una planta de demostración de almacenamiento de energía de 1 MWh(th) empleando tecnología termoquímica de alta temperatura, tras una reciente inyección de fondos del Departamento de Energía de los EE. UU.

El promotor afincado en Alabama fue uno de los 14 grupos de investigación a los que se adjudicó en septiembre una suma de 32 millones de dólares (USD) provenientes del plan SunShot del Departamento de Energía de los EE. UU. El programa federal financia proyectos destinados a solventar problemas de subsistemas CSP con objeto de disminuir el coste medio de la electricidad.

Southern Research obtuvo una adjudicación de 2 millones de dólares (USD) para realizar una demostración de su tecnología de almacenamiento de energía termoquímica (TCES, según sus siglas en inglés) para un ciclo CO2 supercrítico, la cual prevé que un óxido de calcio refinado y reforzado a medida, se someta a una reacción de carbonatación reversible en un reactor con intercambiador de calor de placas paralelas.

El sistema se ha diseñado para centrales de torre y supone un avance significativo en cuanto a densidad energética respecto de los métodos actuales, aseguró Santosh Gangwal, investigador principal del proyecto de SR, a CSP Today.

“Lo que ocurre es una reacción simple muy limpia, que no complican reacciones secundarias. El secreto está en la composición del material, que permite mantener la estructura intacta; no solo el óxido de calcio, sino también algunos de los otros componentes que constituyen la formulación completa y facilitan que el armazón permanezca intacto”, afirmó Gangwal.

“Debido a que la densidad de nuestro sistema es mayor, el resultado es un tamaño mucho menor que el de las sales fundidas: alrededor de una sexta parte del volumen de almacenaje para la misma cantidad de energía”, dijo.

Las turbinas que se emplean actualmente en las centrales termosolares tradicionales y en las instalaciones de CSP utilizan una tecnología plenamente desarrollada, pero con eficiencias de sistema limitadas por temperaturas máximas de unos 480º Celsius.

SR ya ha desarrollado su TCES a escala de laboratorio en fases anteriores, con temperaturas de hasta 750º Celsius.

Al utilizar un ciclo de CO2 supercrítico, la eficiencia de conversión de calor a electricidad se incrementa hasta alrededor del 50 %, cerca de un 10 % más que en los ciclos de vapor convencionales, según Gangwal.

El sistema utiliza un material absorbente derivado de una materia prima de bajo coste, y por tanto los investigadores de SR confían en que su sistema disminuirá el coste del almacenamiento de energía a entre 13 y 15 USD/kWh(th), cumpliendo así el objetivo de 15 USD/kWh(th) de aquí al 2020 fijado por la iniciativa SunShot del Departamento de Energía estadounidense.

Funciones paralelas

Las principales empresas de CSP con proyectos en EE. UU. están desarrollando elementos accesorios capaces de gestionar sistemas de altas temperaturas. 

La española Abengoa está financiando parcialmente una investigación que persigue optimizar los colectores con objeto de que puedan contener fluidos de transferencia de calor a mayores temperaturas, mientras que la californiana SolarReserve está financiando parcialmente un proyecto para el desarrollo de un receptor con tecnología cerámica capaz de gestionar temperaturas de hasta 750º Celsius.

“Lo que ocurre es que actualmente se están desarrollando distintas partes de un proceso de CO2 supercrítico, que se encuentran en distintas fases, y todas están abocadas a su demostración”, observó Tim Hansen, coinvestigador principal del proyecto de SR.

“El componente de almacenaje es una de las partes; los intercambiadores de calor son otra; el fluido de transferencia de calor es otra; el bloque de potencia es otra. Nuestro principal foco de interés está en que todas pasen a sus subsiguientes fases y finalmente integrarlas en la que será la central eléctrica del futuro.”

Fuente: Iniciativa SunShot

El proyecto de SR se fundamenta en la tecnología de ciclo de combustión Brayton y otros sistemas mecánicos s-CO2 galardonados en los premios 2012 destinados a proyectos de CO2 Supercrítico de la iniciativa SunShot, y realizará una demostración del trabajo de investigación llevado a cabo en virtud de la ronda ELEMENTS 2014 centrada en el almacenamiento termoquímico.

El desarrollo de este sistema ofrecerá oportunidades de crecimiento a numerosas empresas, incluyendo a fabricantes de material absorbente o del equipo de procesamiento de fluidos de transferencia de calor (HTF, según sus siglas en inglés) y proveedores de intercambiadores de calor y bombas de alta presión.

Hacia una escala comercial

En octubre de 2016, SR incrementará su escala para producir más de una tonelada de material absorbente idéntico al de la demostración experimental.

“Estamos trabajando con fabricantes y proveedores de material absorbente para estar en situación de incrementar la escala de fabricación con las propiedades particulares que necesitamos”, aseguró Bill Grieco, vicepresidente de Energía y Medio Ambiente en SR.

“Una parte importante del desarrollo tecnológico y comercial consiste en garantizar que los fabricantes y proveedores puedan impulsar el desarrollo de una infraestructura de apoyo necesaria para posibilitar la consecución de las partes adyacentes del proceso”.

SR proyecta construir y poner en servicio el sistema de almacenamiento de 1 MWh(th) de aquí a octubre de 2017, al tiempo que negocia los acuerdos para los sistemas de demostración comercial con capacidad de 10 a 50 MW.

El despliegue a escala comercial está previsto para 2021, con promotores de torres como Abengoa, SolarReserve y Masdar como candidatos a una posible cooperación, mediante una asociación estratégica o una licencia, según explica SR.

“Con un proyecto de demostración bien planificado, parece que el lanzamiento comercial podría anticiparse”, explicó Fred Redell, director ejecutivo de Abengoa en EE. UU.

“Si esta nueva tecnología tiene éxito, no sólo será más barata que la actual [de almacenamiento de energía termosolar], sino que podría permitir que la CSP trabajara con ciclos de energía de CO2 supercrítico más eficientes, propiciando con toda probabilidad mayores reducciones en el coste.”

Grieco explicó que el equipo de investigación pondrá suma atención en el desarrollo de una vía comercial adecuada para esta tecnología.

“Gran parte de la labor para los próximos años es establecer una vía de comercialización apropiada. El gobierno federal ha dado pasos mucho más sólidos en los recientes ciclos de financiación para garantizar que estos proyectos tienen mayores probabilidades de lograr el éxito comercial”, observó.

Por Susan Kraemer

Traducido por: Vicente Abella

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