El Departamento de Energía de EEUU firmó un acuerdo de cooperación de 1,05 millones de dólares con el Southern Research Institute para desarrollar un sistema avanzado de almacenamiento termosolar a temperatura elevada con un material absorbente basado en calcio. Pero, ¿qué abarcará el proyecto y qué tecnología se propondrá para el sistema de almacenamiento de energía térmica?
El Southern Research Institute (SRI), con ayuda del Departamento de Energía de EEUU en el marco del programa ELEMENTS de SunShot y los socios del proyecto Precision Combustion y Clariant, está perfeccionando un material absorbente basado en calcio y un sistema de reactor intercambiador térmico.
Eficiencia energética
Los objetivos clave del proyecto respaldado por el Departamento de Energía son el desarrollo y la validación a «escala piloto» de un sistema que puede almacenar energía a 600-900ºC y a una densidad energética volumétrica superior a los 1 MWhr/m3, con una eficiencia energética de ida y vuelta superior al 98%. Esto mantendrá un rendimiento superior a la vida útil completa de 30 años de una instalación termosolar.
«Los sistemas de almacenamiento actuales en sales fundidas y materiales de cambio de fase solo pueden operar a hasta unos 600ºC y son caros debido a sus bajas densidades energéticas», explica Michael Johns, vicepresidente de ingeniería en el Southern Research Institute.
Tecnología basada en calcio
Según Johns, el sistema de almacenamiento de energía térmica basado en calcio que se ha planeado emplea «reacciones de carbonatación/descarbonatación muy reversibles» en un reactor de lecho fijo y circuito cerrado.
Durante los momentos de máxima insolación, cuando el índice térmico de la instalación solar es superior a la capacidad del bloque energético, se desviará una parte del fluido de transferencia térmica del bloque energético al sistema de almacenamiento.
La energía térmica que se extrae del fluido de transferencia térmica impulsará el equilibrio del material absorbente hacia una reacción endotérmica. Esto liberará CO2, que se almacena en un sistema de circuito cerrado. Por la tarde, durante los momentos en los que no hay una gran demanda, se expondrá el material absorbente al CO2 para que se produzca una reacción exotérmica que liberará energía destinada a calentar el fluido.
«Como el proceso de almacenamiento se realiza por completo en un circuito cerrado, no se produce un intercambio de masa con el entorno ni con el fluido de transferencia térmica. La única entrada de potencia necesaria es para la compresión del CO2 destinado al almacenamiento», destaca Johns.
Para él, el principal punto fuerte técnico del sistema es su capacidad de operar a temperaturas elevadas y de variar la temperatura de equilibrio de la reacción en base al bloque energético concreto.
Ventajas económicas
«Las ventajas económicas surgen del uso del carbonato cálcico absorbente de muy bajo coste y gran disponibilidad que procede de piedra caliza básica y se adapta al material, así como de la elevada densidad energética del absorbente, que permite que haya pequeños recipientes contenedores», explica Johns.
Asimismo, señala que el coste de los materiales para estos recipientes contendedores y de los conductos del proceso es «significativo» y que son necesarios grandes volúmenes para los materiales de almacenamiento a baja densidad energética.
«El sistema basado en calcio del SRI almacena energía a más de 1 MWhr/m3, mientras que los sistemas de sales fundidas actuales solo pueden lograr un 0,25-0,40 MWhr/m3” destaca.
Material absorbente
El principal reto, según indica Johns, será el ajuste de un material de calcio absorbente que equilibre el balance entre una gran densidad energética, un bajo coste y una larga vida útil del material.
El proyecto abarcará dos fases: una fase inicial de ajuste del material a escala de laboratorio en combinación con la modelización de sistemas, seguida por el funcionamiento de un sistema a escala piloto que representa la materialización comercial. «El sistema de almacenamiento es muy modular y, como resultado, se puede llevar a cabo el aumento de la escala en pasos relativamente grandes. Una vez que se ajuste y se valide el sistema a escala piloto, se fabricará un sistema de demostración a escala de MWhr que se puede integrar en una instalación de CSP a elevada temperatura comercial o de demostración», indica Johns.
Fuente: CSP Today – Andrew Williams
