Nuevo diseño en panal de un reactor e intercambiador de calor para aumentar el almacenamiento termoquímico de energía
El proyecto RESTRUCTURE, finalizado oficialmente en enero de 2016, validó un sistema a escala semipiloto con una capacidad de 74 kWh construido y gestionado por Juelich Solar Tower (STJ, Alemania). Si bien la capacidad de almacenamiento fue relativamente baja, esta aplicación de almacenamiento termoquímico de calor ha sido la primera en ser validada en condiciones cercanas a la realidad. Producción de los panales redox «Lo innovador del diseño del reactor [de RESTRUCTURE] consiste en el empleo de una estructura cerámica monolítica en forma de panal a modo de componente básico en el que el material activo puede incorporarse de distintas formas», explicó el Dr. George Karagiannakis, coordinador del proyecto. «Esta estructura es muy similar a los "ladrillos" cerámicos utilizados en los conversores catalíticos de los vehículos a motor». En relación con los materiales empleados, el Dr. Karagiannakis informó que su composición se basa en óxidos de metal (por ejemplo de cobalto y manganeso). En el proyecto se llevó a cabo una enorme labor de desarrollo para obtener los paneles de redox a escala real, y el equipo al cargo hubo de superar varios retos. Entre ellos cabe señalar el logro de un equilibrio entre la estabilidad estructural en condiciones de funcionamiento y el rendimiento redox, así como la ampliación en cuanto a escala de las estrategias de producción, desarrolladas en un principio a escala de laboratorio. No obstante, el consorcio del proyecto tenía previstas estas situaciones y disponía de varias opciones alternativas. Las ventajas que ofrecen las estructuras de panal monolíticas están ligadas a un diseño más sencillo del reactor y a la modularidad inherente a este tipo de sistema. «Un aspecto de vital importancia es la consideración de medidas especiales que eviten la acumulación de caídas de las altas temperaturas durante el funcionamiento, la recirculación del material y otras medidas de seguridad asociadas a la contención eficaz de partículas en el sistema cuando se abordan diseños de reactor fijos o móviles con partículas convencionales en polvo o de pequeño tamaño», explicó el Dr. Karagiannakis. «Estas circunstancias podrían aumentar considerablemente la complejidad del sistema y reducir su eficacia, pero no son relevantes cuando se plantea un diseño de reactor en panal». La configuración del sistema del reactor y el intercambiador de calor Durante el proyecto se ejecutaron pruebas exhaustivas, en un principio a escala de laboratorio, a fin de descubrir y validar las formulaciones adecuadas. El sistema semipiloto creado consistía en una composición de paneles, los cuales suponen, en esencia, entidades estructuradas y ampliadas a partir de los resultados de las pruebas a pequeña escala. Los métodos redox investigados en el proyecto RESTRUCTURE precisan de temperaturas máximas cercanas a los mil grados para funcionar, las cuales no son posibles en las plantas de CSP existentes en el mercado. Con una capacidad de almacenamiento de energía cercana a los 25 kW, el sistema se alimentó con un flujo caliente del fluido caliente de trabajo (aire caliente) producido por el condensador solar del emplazamiento de estudio de STJ. Debido a que la temperatura máxima del aire caliente generada por el recolector solar se elevó tan solo a cerca de setecientos grados, se empleó un quemador para proporcionar el calor adicional necesario de mil grados que iniciase la reacción de carga. En la descarga, aire más frío atravesó la composición monolítica cargada, disipando el calor producido y aumentando por tanto la temperatura en la salida del reactor e intercambiador de calor. De este modo, parte de la energía contenida en el flujo de aire se almacena en los panales y el flujo sale del sistema a una temperatura más baja pero suficiente para activar el ciclo energético y producir electricidad. En los momentos en los que no se recibe suficiente energía del sol, la temperatura se reduce considerablemente, pero al forzar el flujo a través del sistema de almacenamiento se inicia una reacción exotérmica que aumenta la temperatura del aire e impulsa el ciclo energético. El futuro después de RESTRUCTURE El Dr. Karagiannakis hizo hincapié en que el método adoptado por RESTRUCTURE supone una «nueva generación» y que la futura comercialización de la tecnología depende en gran medida del desarrollo industrial de la próxima hornada de tecnologías de generación CSP de alta temperatura y elevada eficiencia. Este es un proceso ya en marcha, pero que supera el alcance del proyecto. «No cejamos en el empeño de dar con modos de continuar nuestra labor y seguir desarrollando la tecnología», aseguró el Dr. Karagiannakis. «En concreto, en adelante centraremos nuestro plan en las estrategias de optimización y ampliación de la escala». El proyecto dio un primer paso importante en la demostración de la efectividad del concepto innovador que suponen las aplicaciones de almacenamiento de calor termoquímico mediante el diseño y la validación de su nuevo reactor e intercambiador de calor en panal. En la actualidad se trabaja para poner en marcha un proyecto de continuación que retome los resultados de RESTRUCTURE y avance hacia la fase de precomercialización. Para más información, consulte: Sitio web del proyecto RESTRUCTURE
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Grecia
