TEXEL ha desarrollado una forma de almacenamiento de energía térmica cargada por calor eléctrico para proporcionar energía de red y almacenamiento de energía y planea fabricar la tecnología en los EE. UU. La empresa sueca comenzó como una empresa de energía solar concentrada (CSP) ( How CSP works ) que posteriormente se ha centrado en el almacenamiento de energía térmica independiente debido a su ventaja económica potencialmente mayor sobre el almacenamiento en batería.

Almacenamiento de energía térmica TEXEL IMAGE @ TEXEL

Las tecnologías de almacenamiento de energía térmica como esta se acercan a sus primeras implementaciones a nivel internacional. Los primeros proyectos comerciales recién comienzan en Europa con la batería Carnot de Abengoa y Malta, financiada por Bill Gates . Otra institución de investigación de EE. UU., El Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) se encuentra en las etapas finales de la exploración de otro concepto de batería térmica que podría adaptarse a las plantas de energía de carbón fuera de servicio.

El primer almacenamiento de energía térmica basado en reacciones termoquímicas de hidruros metálicos

Su nueva tecnología se basa en la investigación de hidruros metálicos con licencia del laboratorio nacional del río Savannah (SRNL) en los EE. UU. Estos materiales pueden alcanzar las temperaturas operativas necesarias para emparejarse con una unidad de conversión de potencia de motor Stirling de alta eficiencia para convertir el calor en energía.

Si bien es tan sencillo de ubicar y permitir como una batería, esta tecnología térmica promete costos mucho más bajos, aproximadamente una cuarta parte de los de las tecnologías de baterías, según un estudio técnico de la tecnología realizado por el Departamento de Energía de EE. UU.

El estudio, Habilitación de una red flexible con mayor penetración de DER: análisis tecnoeconómico del almacenamiento de energía termoquímica de hidruro metálico integrado con el motor Stirling para aplicaciones de almacenamiento de energía en la red, citó los costos de las baterías Lazard que oscilan entre alrededor de 10 centavos a 30 centavos por kilovatio hora de electricidad, y determinó que, dependiendo de las configuraciones del sistema, el LCOS de capital y operativo para su vida útil (de 25 o 40 años) variaría entre 7 centavos y 2 centavos / kWhr e.

El documento afirma: “Los materiales TES recientemente desarrollados tienen la ventaja de estar hechos de elementos muy abundantes y de bajo costo que operan a altas temperaturas (600-750 ° C). Estos materiales tienen ventajas sobre los materiales de calor latente y sensible, como las sales fundidas, debido a su naturaleza no corrosiva, densidades de energía significativamente más altas y capacidad para almacenar energía térmica casi indefinidamente ya que la energía se mantiene directamente en enlaces químicos. El sistema general tampoco contiene metales de tierras raras ni del grupo del platino que puedan obstaculizar la sostenibilidad a largo plazo de una tecnología.

La combinación de estos materiales con un motor Stirling proporciona una vía de conversión de alta eficiencia capaz de aceptar varias entradas de calor para cargar el sistema. La vida útil operativa de los motores Stirling también ha progresado rápidamente. En 2016, la NASA demostró 103.000 horas de funcionamiento continuo para dos de sus motores Stirling sin mantenimiento ni reducción del rendimiento. [5] Además, Kockums ha demostrado hasta 18.000 horas de funcionamiento sin mantenimiento en más de 200 motores Stirling y STC también confirmó más de 67.000 horas de funcionamiento. [6] “

TEXEL se ha asociado tanto con la Universidad Curtin en Australia como con la Universidad Estatal de Arizona (ASU) en los EE. UU., Donde la tecnología ahora está siendo validada por la viabilidad del mercado antes de la introducción a escala piloto.

En ASU, el profesor asistente Nathan Johnson dirigió un equipo de análisis de costos para implementar el sistema de almacenamiento en una variedad de mercados y espera completar los resultados el próximo mes en preparación para posibles proyectos piloto a escala de servicios públicos.

“El banco de pruebas de micro-redes en el campus de ASU proporciona un excelente trampolín para pasar del análisis verificado a una planta piloto”, explicó Johnson.

“Estamos realizando el análisis competitivo del mercado en este momento que informará las conversaciones futuras con las empresas de servicios públicos y otros clientes de energía a gran escala en nuestro primer piloto, e identificando oportunidades y ventajas comerciales adicionales. Ahora estamos estimando los costos de una variedad de opciones de implementación en los mercados estadounidenses. Al tener tipos de almacenamiento adicionales y modelos comerciales adicionales, esta tecnología permite lograr una mayor penetración de las energías renovables, lo que puede no ser posible con las formas convencionales de almacenamiento existentes ”, agregó.

Una opción de implementación sería en parques solares fotovoltaicos o eólicos para almacenar energía intermitente IMAGE @ TEXEL

Almacenamiento térmico con la facilidad de implementación de una batería

Este almacenamiento de energía térmica podría simplemente entregarse en un contenedor de envío y tener el mismo enfoque modular que una batería, lo que lo hace tan fácil de permitir y tan escalable para que pueda almacenar una mayor capacidad o una mayor duración de electricidad.

Una unidad de 3,6 megavatios hora, por ejemplo (10 horas de almacenamiento a 360 kilovatios = 3600 kilovatios hora, o 3,6 MWh) cabría en un contenedor de envío de 40 pies, según Lars Jacobsson, director ejecutivo de TEXEL.

“Es una batería, pero una que se puede cargar con electricidad o calor, por lo que podríamos estar almacenando energía de una granja solar, pero también podemos cargarla directamente con cualquier fuente de calor, con CSP o biomasa o gas hidrógeno, por ejemplo, ” El lo notó.

“Esta tecnología también genera un poco de calor residual del motor Stirling, así como energía, y puede utilizar el calor adicional porque puede acercar la unidad a su edificio, por ejemplo, para calentar agua. Cuando tienes calefacción pero estás en el medio de la nada, será muy difícil utilizarla, pero la gran ventaja de su simplicidad es que puedes llevar estos módulos a los edificios y también puedes utilizar el calor residual “.

El equipo de ASU está explorando la viabilidad comercial de varias escalas de implementación entre la escala de red y opciones más pequeñas como edificios de apartamentos.

“Depende un poco de la estructura de costos y el entorno regulatorio, que será diferente en todos los países y potencialmente incluso diferente dentro de los países a nivel estatal. Debido a que viene en tamaños de pila de 30 kilovatios cada uno, podría tener uno de estos, o 10 o 100, y podrían ensamblarse de una manera modular y permitir una escalabilidad que es beneficiosa solo desde un punto de vista conceptual o de entrega cuando llega a ubicaciones potenciales ”, dijo Johnson.

“Lo que nuestro análisis preliminar está indicando es que los sistemas a mayor escala tendrán una banda más amplia de ventaja de costos en comparación con las químicas del litio y, por lo tanto, esto sería en la escala de megavatios. Por eso pensamos en granjas solares a gran escala, clientes comerciales e industriales a gran escala, centros de datos, hospitales, bases mineras o militares “.

Johnson también señaló que la rentabilidad de la tecnología en relación con las baterías es más pronunciada cuanto mayor es la escala, de modo que, por ejemplo, podría permitir que las centrales nucleares existentes de 1 GW o más hagan que su energía siempre encendida se adapte mejor a una red cada vez más renovable; permitiendo que la energía nuclear se utilice como un recurso más flexible para llenar los vacíos en una red fotovoltaica y eólica.

La energía estaría disponible como calor o energía IMAGE @ TEXEL

Cómo funciona

El sistema de almacenamiento de energía térmica basado en hidruros metálicos funciona transfiriendo hidrógeno entre dos lechos de hidruros metálicos, uno de alta temperatura y otro de baja temperatura.

El documento dice: “Para almacenar calor, se libera hidrógeno calentando el material HTMH. El lecho de hidruro metálico de alta temperatura (HTMH) contiene un material que tiene una alta entalpía (calor de reacción) y una presión de equilibrio razonable (≤ 60 bar) a la temperatura operativa deseada. El hidruro metálico de baja temperatura (LTMH) tiene una entalpía baja y una presión de equilibrio correspondiente a una temperatura operativa más baja.

La presión de equilibrio para un material de hidruro metálico es la presión a la que la velocidad de absorción (exotérmica) y liberación (endotérmica) de hidrógeno es equivalente. La presión de equilibrio para un hidruro metálico reversible se reduce al disminuir la temperatura y se eleva al aumentar la temperatura.

Entonces, la temperatura aumentará, elevando la presión en el sistema por encima de la presión de equilibrio del material LTMH y haciendo que el hidrógeno reaccione con el LTMH. El calor de menor grado producido en el material LTMH se rechaza para mantener una temperatura más baja y una presión de equilibrio más baja en el lecho de LTMH. Para liberar la energía térmica almacenada, se aumenta la temperatura del lecho de LTMH para liberar hidrógeno, que luego reacciona con el lecho de HTMH para generar una gran cantidad de calor debido a la mayor entalpía de esa reacción “.

“Lo más importante para nosotros es que esta tecnología es circular”, comentó Jacobsson. “No consumimos recursos cuando utilizamos esta tecnología. Solo estamos empujando el hidrógeno hacia adelante y hacia atrás dentro de un sistema circular. Y no utiliza tierras raras. Sin litio, sin cobalto. No nada. Para poder alejarnos de los combustibles fósiles, necesitamos soluciones que tengan la capacidad de almacenar energía a bajo costo durante más de 12 horas y que sean sostenibles “.

La investigación y el despliegue de tecnologías de almacenamiento de energía circulares y económicamente viables son de vital importancia porque la creación de un sistema energético de cero emisiones será necesario para la supervivencia a largo plazo de los seres humanos.

solarpaces.org