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En 2011, el Departamento de Energía de EE.UU. (DOE) lanzó la Iniciativa SunShot, con el objetivo de conseguir que la electricidad solar fuese competitiva con otras tecnologías de generación convencionales en 2020. En esta iniciativa se contemplan objetivos de costes y rendimiento para la fotovoltaica y la termosolar. A diferencia de la fotovoltaica, la termosolar captura y almacena energía solar en forma de calor, utilizando materiales de bajo coste y materialmente estables durante décadas. Esto permite a la termosolar con almacenamiento térmico entregar energía renovable, proporcionando a la vez importantes atributos de capacidad, fiabilidad y estabilidad a la red, aumentando, en consecuencia, la penetración de tecnologías de electricidad renovable intermitente. El informe técnico “Hoja de Ruta de la Tecnología Termosolar de Demostración Gen3”, lanzado en enero de 2017 por el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL), será utilizado por el DOE para priorizar actividades de I+D que conduzcan a una o más vías tecnológicas para ser demostradas con éxito, a una escala apropiada, para su futura comercialización.

Los sistemas termosolares más avanzados en la actualidad son los sistemas de torre con dos tanques de almacenamiento térmico en sales fundidas, que entregan energía térmica a 565 ºC para su integración en ciclos de potencia convencionales como el ciclo de vapor Rankine. Estas torres de energía se remontan a la demostración piloto Solar Two de 10 MWe en los noventa. Este diseño ha reducido el coste de la electricidad termosolar en aproximadamente un 50% con respecto a los sistemas de colectores parabólicos; sin embargo, la disminución de costes de las tecnologías termosolares no ha seguido el ritmo de reducción de costes de los sistemas fotovoltaicos.

 

Desde el lanzamiento en 2011 de la Iniciativa SunShot, el Subprograma de termosolar del DOE ha financiado investigación en campos de colectores solares, receptores, sistemas de almacenamiento térmico y sub-sistemas del ciclo de potencia, para mejorar el rendimiento y reducir el coste de los sistemas termosolares. Leer más…

Artículo publicado en: FuturENERGY Marzo 2017

A finales del año pasado se inauguraron los nuevos laboratorios de sistemas térmicos de Tecnalia, situados en la localidad de Azpeitia. Al evento acudieron prestigiosas empresas relacionadas con la fabricación de bombas de calor, intercambiadores de calor, calderas, equipos de refrigeración, deshumefactadoras (deshumificadoras), torres de refrigeración, colectores solares térmicos, tanques de almacenamiento térmico; así como otros agentes implicados en el desarrollo de nuevos conceptos de equipos y sistemas térmicos.

El laboratorio incorpora tres anillos principales de conducción de agua/fluido, con un sistema de regulación y control de alta precisión, y la correspondiente monitorización, que abastecen cuatro zonas de ensayo, donde se determinan y estudian las prestaciones térmicas de distintos equipos y sistemas térmicos. Permite ensayar equipos de absorción y transferencia de masa y energía, de generación eléctrica ORC, de energía solar térmica, de almacenamiento; y sistemas inteligentes de gestión energética. El laboratorio se ha diseñado tanto para ensayar equipos comerciales (activos/pasivos) como para dar soporte al desarrollo de equipos innovadores. Es igualmente posible realizar estudios en los ámbitos de instalaciones de geotermia y aerotermia, tanto estudios experimentales de campo reales como innovaciones tecnológicas.

 

En este sentido, los asistentes al evento pudieron conocer la instalación geotérmica anexa al laboratorio, que consta de cuatro sondeos geotérmicos de distintas tipologías y rellenos, mediante los que se ha estudiado la influencia de estos parámetros a través de numerosos Test de Respuesta Térmica. Igualmente se ha desarrollado un equipo móvil que permite la evaluación del potencial de intercambio geotérmico de los sondeos y de elementos estructurales con circuitos de fluido calor-portador embebidos in situ. Esta evaluación se ha utilizado en la validación de modelos de simulación propios de elementos estructurales termo-activados.

Los expertos de Tecnalia presentaron también una serie de desarrollos realizados en el laboratorio como un transformador de calor para la recuperación de calor residual de baja temperatura, capaz de revalorizar el 50% del calor residual, aumentando su temperatura de modo que pueda volver a utilizarse en un proceso industrial; una bomba de calor de alta temperatura para la evaluación y caracterización de componentes de bombas de calor y sistemas frigoríficos, así como para la evaluación de sistemas ORC o de sus componentes; o una unidad de recuperación de calor para la renovación del aire interior de viviendas adaptable en fachadas ventiladas.

La inauguración ha estado asociada a unas sesiones de trabajo temáticas en las que se ha puesto el foco en la actualidad y las tendencias tecnológicas que en torno a los materiales y recubrimientos avanzados, los modelados y simulaciones de equipos y sistemas, el prototipado y ensayo de equipos térmicos, o las soluciones de gestión energética, puedan tener impacto en las empresas.

SolarReserve consiguió una oferta de 63,75 $/MWh para un proyecto de planta termosolar de torre con almacenamiento térmico y aquí están las respuestas. No se preocupe, ellos no olvidaron presupuestar la construcción de la torre cuando hicieron sus cálculos. Tampoco tienen una bala de plata que los llevó hasta ahí instantáneamente. En lugar de ello, su éxito fue debido a su incansable compromiso con mejorar la eficiencia y a pequeños ahorros de costes a través todo el proyecto, en combinación con un terreno fértil para la termosolar en Chile. Como se suele decir, ¡cualquier cosa ayuda!

La estructura de los proyectos asociados a ella, proponiéndose dos proyectos diferentes, ambos con la misma oferta de 63 $/MWh:

• Copiapó es una planta de dos torres, de 260 MW, en configuración de carga base, de su tecnología de última generación de torre con sales fundidas con 14 h de almacenamiento. Aunque todavía hay pocos detalles de cuál es exactamente la mejora de la tecnología, SolarReserve ha indicado que implica un receptor más grande y más eficiente, combinado con un campo de helióstatos más grandes, para aprovechar la ventaja del mayor recurso solar del planeta, con una irradiación normal directa (más conocida por sus siglas en inglés, DNI) de más de 3.400 kWh/m2/año. SolarReserve reconoce para Copiapó una producción anual de más de 1.800 GWh.

• Likana es una planta de tres torres, de 390 MW, en configuración de carga base de su tecnología de última generación de torre con sales fundidas, también con 14 h de almacenamiento. Este proyecto cuenta con aún mayor DNI, más de 3.500 kWh/m2/año. SolarReserve reconoce para este proyecto una producción de más de 2.700 GWh por año. Leer más…

Belén Gallego
Head of ATA Insights and CSO of ATA Renewables

Artículo publicado en: FuturENERGY Octubre 2016

Investigadores del Instituto Masdar han demostrado con éxito que la arena del desierto de los EAU puede utilizarse en plantas termosolares como sistema de almacenamiento térmico hasta 1.000 ºC. El proyecto de investigación, denominado Sandstock ha buscado desarrollar un receptor solar sostenible y de bajo coste, alimentado por gravedad y un sistema de almacenamiento térmico, utilizando partículas de arena como medio de recolección y transmisión de calor y almacenamiento térmico.

La arena del desierto de los EAU se puede considerar ya un posible material de almacenamiento de energía térmica. Su estabilidad térmica, capacidad de calor específico y tendencia a la aglomeración se han estudiado ha altas temperaturas.

En la 21 edición de la Conferencia SolarPACES, celebrada en Sudáfrica, el estudiante de doctorado Miguel Diago, presentó un informe de investigación con los descubrimientos, este informe fue desarrollado bajo la tutela del Dr. Nicolas Calvet, Profesor Adjunto del Departamento de Ingeniería Mecánica y de Materiales del Instituto Masdar. Los coautores del estudio son el alumno Alberto Crespo Iniesta, el Dr. Thomas Declos, el Dr. Tariq Shamim, Profesor de Ingeniería Mecánica y de los Materiales del Instituto Masdar y la Dr. Audrey Soum-Glade (Laboratorio PROMES CNRES del Centro Nacional Francés de Investigación Científica).

Reemplazar los materiales típicos usados en los sistemas de almacenamiento térmico, aceites sintéticos y sales fundidas, con arena barata pueden aumentar la eficiencia de la planta, debido al aumento de la temperatura de la planta del material de almacenamiento y por tanto, reducir costes. Un sistema de almacenamiento térmico basado en un material local y natural como la arena también representa un nuevo enfoque sostenible, relevante para el desarrollo económico de los futuros sistemas energéticos de Abu Dhabi.

El análisis mostró que es posible utilizar arena del desierto como sistema de almacenamiento térmico hasta 800-1.000 ºC. La composición química de la arena ha sido analizada con técnicas de fluorescencia y difracción de rayos X, que revelan la dominancia de materiales de cuarzo y carbonato. También se midió la reflexividad de la energía radiante de la arena antes y después de un ciclo térmico, ya que se puede utilizar la arena del desierto no sólo como material de almacenamiento térmico sino también como un absorbedor solar directo bajo flujo solar concentrado.

El Dr. Nicolas Clavet declara “La disponibilidad de este material en ambientes desérticos tales como los EAU, permite una importante reducción de costes en plantas termosolares nuevas, que lo pueden utilizar tanto como almacenamiento térmico como absorbedor solar. El éxito del proyecto Sandstock refleja la utilidad y beneficios prácticos de la arena del desierto de los EAU.”

En paralelo con la caracterización, se ha probado un prototipo a escala de laboratorio en el horno solar de 1 MW del Laboratorio PROMES CNRS en Odeillo, Francia. El alumno del Instituto Masdar, Alberto Crespo Iniesta, estuvo a cargo del diseño, construcción y experimento.

El próximo paso del proyecto es probar un prototipo mejorado a escala precomercial en la Plataforma Solar del Instituto Masdar, usando un concentrador bajo haz, potencialmente en colaboración con un socio industrial.

Respecto a otras fuentes de energía renovable, las plantas de energía solar térmica de concentración, conocidas como plantas termosolares, presentan la importante ventaja de su fácil integración de sistemas de almacenamiento térmico. Este es sin duda un aspecto clave en este tipo de plantas, que no solo permite ajustar la producción de energía eléctrica a la demanda, sino que también confiere estabilidad a la red.

Actualmente, los sistemas de acumulación de doble tanque con sales fundidas son los únicos comercialmente disponibles. El sistema consiste en dos tanques, uno almacena el fluido caliente y el otro contiene el fluido frío. En este sistema, estos fluidos no pueden mezclarse lo que confiere al conjunto una disponibilidad de energía (exergía) máxima. La sal fundida del tanque frío es calentada en el campo solar y almacenada posteriormente en el tanque caliente.

Cuando la radiación solar no es suficiente para la generación de electricidad, la energía almacenada en el tanque caliente es usada en el bloque de potencia para la generación de vapor. Una vez esta energía es cedida, la sal fundida se devuelve al tanque frío.

Carlos D. Perez-Segarra (Professor), Ivette Rodriguez (Associate Professor), Santiago Torras (Researcher), Pedro Galione (Researcher), Ignacio González (Researcher), Joaquim Rigola (Associate Professor), Assensi Oliva (Professor)
Heat and Mass Transfer Technological Center (CTTC), Universitat Politècnica de Catalunya

Artículo publicado en: FuturENERGY Marzo 2015

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La empresa Ingeteam Power Technology – Power Plants, ha resultado adjudicataria de un contrato de Ingeniería Básica por CGN Delingha Solar Energy Co Ltd, una empresa propiedad de CGN Solar Energy Development Co Ltd, a su vez propiedad de China General Nuclear Power Group. Ingeteam Power Technology – Power Plants llevará a cabo el diseño básico del proyecto termosolar cilindro-parabólico CGN – Delingha, con almacenamiento térmico, situado en Qinghai.

Esta planta de generación eléctrica es el primer proyecto a escala comercial de energía termosolar en China, con un alto factor de capacidad anual y unas condiciones ambientales particulares.

Ingeteam Power Technology – Power Plants es una ingeniería dedicada a prestar servicios de ingeniería y suministro de plantas de energía renovable, procurando capacidad de gestionabilidad, coste competitivo y alto contenido local de las plantas. Ingeteam es líder en el mercado especializada en el desarrollo de equipos eléctricos, motores, generadores, convertidores de frecuencia y plantas de generación de energía.

Las ventajas del almacenamiento térmico en plantas termosolares son de sobra conocidas: ofrecer energía de una manera más gestionable, prolongando las horas operativas más allá de la puesta de sol, evitar fluctuaciones asociadas a un recurso solar intermitente y reducir la cantidad de energía sobrante haciendo la planta más eficiente.

Actualmente hay en todo el mundo 3,7 GW termosolares con almacenamiento de energía en plantas operativas, en construcción o en desarrollo, si bien la tendencia hacia plantas con almacenamiento es clara, de acuerdo con la información contenida en el CSP Today Global Tracker, el 59% de la capacidad actualmente en desarrollo contará con almacenamiento térmico de energía. Así lo refleja una de las últimas publicaciones de CSP Today, titulada como este artículo, y en base a la cual se ha elaborado parte del mismo.

Otros contenidos de CSP Today, también nos han ayudado a completar este artículo, con algunos de los casos prácticos de desarrollo de tecnologías novedosas de almacenamiento, que se presentan al final del artículo.

Artículo publicado en: FuturENERGY Junio 2014

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