Unas mezclas de fluidos innovadoras aumentan el potencial de las centrales solares
La energía solar concentrada (CSP, por sus siglas en inglés) utiliza espejos o lentes para concentrar la luz solar en un área pequeña y, así, convertir la energía solar en calor que luego se utiliza para generar electricidad. A pesar de su potencial, la CSP se ha enfrentado durante mucho tiempo a retos económicos en comparación con las tecnologías fotovoltaicas, principalmente debido a que es más cara y requiere más capital. Sin embargo, el desarrollo de ciclos de potencia innovadores con mayor rendimiento y menores gastos podría transformar la CSP en una opción más competitiva y viable.
Grandes avances en materia de eficiencia de la CSP
El equipo del proyecto SCARABEUS, financiado con fondos europeos, pretendía solucionar este problema desarrollando un bloque de potencia avanzado diseñado para mejorar la conversión de calor en electricidad y reduciendo al mismo tiempo los costes asociados. El aspecto innovador de SCARABEUS ha sido el uso de un nuevo fluido de trabajo, compuesto de dióxido de carbono mezclado con aditivos específicos. Esta composición permite que el fluido se condense a temperaturas de hasta 60 °C, al tiempo que resiste las temperaturas pico de ciclo requeridas, lo que lo hace especialmente adecuado para las aplicaciones de CSP. El equipo del proyecto se centró en diseñar componentes de ciclo de potencia compatibles con este innovador fluido y validar tanto los componentes como el concepto general en una instalación de pruebas. Las actividades del proyecto consistieron en primer lugar en identificar los dopantes más prometedores para mejorar el rendimiento del ciclo de potencia. Varios fluidos, entre ellos el C6F6 (hexafluorobenceno), el TiCl4 (tetracloruro de titanio), el SiCl4 (tetracloruro de silicio) y el SO2 (dióxido de azufre), se identificaron como firmes candidatos. A continuación, se llevó a cabo una caracterización exhaustiva de estos fluidos para conocer sus propiedades termodinámicas y sus temperaturas máximas de funcionamiento. Estos resultados experimentales fueron fundamentales para predecir el rendimiento de los fluidos y fundamentar el diseño de los componentes del ciclo de potencia.
Validación satisfactoria de la tecnología de CSP en una instalación de pruebas
Tras la caracterización de los fluidos y la realización de pruebas, los investigadores diseñaron y optimizaron la integración de los componentes del ciclo de potencia en centrales de CSP comerciales. «En Sevilla, una central de CSP demostró un coste nivelado de la electricidad inferior a 90 EUR/MWh, una mejora considerable en comparación con los 120 EUR/MWh asociados a las tecnologías comerciales», señala el coordinador del proyecto, Giampaolo Manzolini. Este avance se atribuyó a varios factores principales, como la mejora de la eficiencia del ciclo, los innovadores condensadores refrigerados por aire, los intercambiadores de calor recuperativos con mayor rendimiento y un 25 % menos de costes, y la eficiencia de las turbinas, que superó el 92 %. La fase consistió en validar el concepto en una instalación de pruebas con un caudal másico del fluido de 0,6 kg/s y un aporte térmico de 200 kWth. El fluido CO2-C6F6 se sometió a rigurosas pruebas durante 150 horas en la instalación de pruebas de la Universidad Técnica de Viena y alcanzó temperaturas máximas de 500 °C. Estas pruebas confirmaron el mayor rendimiento de los intercambiadores de calor y la condensación del fluido por encima de 50 °C, con lo que se validó el concepto de SCARABEUS.
Las mezclas de alta temperatura transforman la tecnología de la CSP
EL equipo de SCARABEUS ha hecho avanzar la tecnología de la CSP y ha sentado las bases para futuras innovaciones que podrían reducir aún más los costes y mejorar la eficiencia en la generación de energías renovables. La mayoría de las actividades de investigación en conversión térmica a mecánica en la CSP se han centrado en los ciclos de dióxido de carbono supercrítico. Sin embargo, estos ciclos a menudo se ven afectados por las altas temperaturas ambiente, que pueden reducir la eficiencia total. Al reconocer esta limitación, el equipo de SCARABEUS ha sido el primero en validar mezclas innovadoras de CO2 para aplicaciones de alta temperatura. «Fuimos pioneros en la adopción de mezclas de CO2 para ciclos de condensación a altas temperaturas (temperatura máxima de 550 °C y más), con lo que hemos establecido un nuevo estándar en este ámbito. La caracterización de los fluidos, que incluía evaluaciones de la compatibilidad de los materiales, aportó mejoras considerables bastante excepcionales en las publicaciones científicas existentes», concluye Manzolini.
Palabras clave
SCARABEUS, CSP, energía solar concentrada, ciclo de potencia, altas temperaturas, fluido de trabajo, dióxido de carbono supercrítico
