Partículas fluidizadas aumentan el calor en un nuevo diseño de energía solar
Las centrales avanzadas actuales de energía solar concentrada (ESC y CSP en sus siglas inglesas) utilizan receptores centrales con varias opciones como fluidos transmisores térmicos (HTF, por sus siglas en inglés) y medios de almacenamiento. Por lo general, estos materiales y procesos se estudian por separado, cada uno de ellos con sus propias restricciones específicas. En ocasiones, se han utilizado sales fundidas como HTF y medios de almacenamiento de energía térmica. La estabilidad química de las sales define un límite superior en la temperatura de funcionamiento de 565 °C, lo cual restringe la eficiencia de la conversión de calor en electricidad a alrededor del 42 %. El proyecto NEXT-CSP, financiado con fondos europeos, utiliza partículas fluidizadas refractarias (resistentes a la descomposición térmica) como HTF y medio de almacenamiento. Estas impulsan la temperatura de funcionamiento hasta 750 °C y podrían aumentar de forma significativa la eficiencia de las centrales de ESC.
Destacar del resto
NEXT-CSP eligió el olivino (la fuente del peridoto), un silicato natural de magnesio y uno de los minerales más comunes de la Tierra, para obtener las partículas del HTF. Para utilizar las partículas correctamente también se necesitaba una innovación importante en la vertiente técnica, lo cual incluía el desarrollo de una tecnología adecuada para el receptor solar y un nuevo intercambiador de calor compuesto de 1 300 tubos, en el cual fluye el aire desde el compresor de la turbina de aire, y un ciclo combinado avanzado. La tecnología está integrada en un sistema de ESC con torre que consiste en el receptor solar, el almacén caliente, el intercambiador de calor, la turbina de gas y el almacén frío. El coordinador del proyecto Gilles Flamant, del Centro Nacional de Investigación Científica (CNRS) francés, explica: «Arriba, en la parte superior de la torre, el HTF del almacén caliente se calienta con la luz del sol reflejada sobre el receptor multitubo de nuevo diseño. Desde ahí, va al depósito caliente, donde se puede almacenar hasta que sea necesario usarlo. En ese momento, se envía a través del intercambiador de calor, donde se transfiere el calor desde las partículas hasta el aire comprimido para mover la turbina». Después de superar los desafíos relativos a las limitaciones de espacio y peso de la parte superior de la torre, se instalaron y validaron todos los componentes en la torre solar de 5 MW de THEMIS, en Francia.
Añadir torres, aumentar la potencia de la central comercial planificada
Para la central de escala comercial (150 MW), los científicos han adoptado un planteamiento con varias torres destinado a impulsar la eficiencia del ciclo en conjunto de las centrales eléctricas solares típicas del 42 % al 48,8 %. También se puede utilizar como central solar para cubrir «picos», al almacenar el calor absorbido a lo largo del día durante las horas del anochecer en que se producen picos de demanda y el coste de la electricidad también es mayor. Flamant concluye: «En estas condiciones, esperamos que la eficiencia nominal de la central eléctrica solar con partículas fluidizadas sea alrededor de un 20 % mayor que la de las torres actuales de sales fundidas. El diseño también debería disminuir los costes de la electricidad en un 25 % aproximadamente y disminuir de forma notable el coste del medio de almacenamiento. Hemos demostrado con éxito que las partículas sólidas pueden ser una alternativa importante y rentable frente a los líquidos para acumular y almacenar energía solar en centrales eléctricas solares térmicas». La tecnología innovadora de NEXT-CSP ha recibido una patente mundial. La comercialización debería iniciarse dentro de esta década y puede dar lugar a electricidad solar limpia y segura para los consumidores, almacenamiento de energía térmica más ecológico para el medio ambiente que las baterías electroquímicas y una ventaja competitiva en el sector de la ESC.
Palabras clave
NEXT-CSP, solar, calor, energía, electricidad, ESC, torre, partículas, fluidizadas, sales fundidas, medio de almacenamiento, intercambiador de calor, central eléctrica solar para picos, energía solar concentrada