Investigación para una energía termosolar más económica: el DLR y la Universidad de Évora están probando el uso de sal fundida en una planta de energía solar.
Los ingenieros del Centro Aeroespacial Alemán (Deutsches Zentrum fuer Luft- und Raumfahrt; DLR) han dado un paso importante hacia el uso de sales fundidas como medio de transferencia de calor en plantas de energía solar cilindroparabólica. Junto con la Universidad de Évora y socios industriales, un equipo del Instituto DLR de Investigación Solar ha comenzado a operar por primera vez el campo solar de la planta de prueba cilindroparabólica de Evora en Portugal con sal fundida. Esta tecnología innovadora está ayudando a reducir aún más los costos de operación de las plantas de energía solar térmica. Con sus sistemas de almacenamiento integrados, las plantas de energía solar térmica son la única tecnología capaz de generar grandes cantidades de energía a partir de energía solar durante todo el día.
La sal ofrece una mayor eficiencia como medio de transferencia de calor que el aceite.
Las centrales eléctricas cilindroparabólicas comerciales de última generación utilizan un aceite térmico especial como medio de transferencia de calor. El aceite absorbe la radiación solar concentrada recolectada mediante espejos, la convierte en calor y la transfiere a través de tuberías a una unidad de almacenamiento de calor o una turbina de vapor para generar electricidad. El tanque de almacenamiento de calor, lleno de sal fundida, puede contener la energía térmica a temperaturas de hasta 560 grados centígrados durante un período de 12 horas y liberarla nuevamente cuando aumenta la demanda de electricidad. La planta de energía necesita intercambiadores de calor para transferir el calor del aceite a la sal en el tanque de almacenamiento, pero siempre se pierde algo de energía durante esta transferencia antes de que luego se pueda convertir en electricidad. La temperatura máxima de funcionamiento posible del aceite utilizado es de aproximadamente 400 grados Celsius, lo que limita la eficiencia de la conversión de energía. Por lo tanto, los investigadores y la industria están buscando formas de aumentar aún más las temperaturas en las plantas de energía solar para reducir los costos de generación de electricidad.
Una forma prometedora de elevar las temperaturas en las centrales eléctricas cilindroparabólicas es utilizar sal fundida no solo como medio de almacenamiento de calor, sino también como medio de transferencia de calor en el campo del colector. Dependiendo de la composición de la sal fundida, puede soportar temperaturas significativamente más altas que el aceite térmico, hasta 565 grados Celsius. Otra ventaja es que los tanques de almacenamiento se pueden llenar directamente con sal fundida del campo solar, eliminando la necesidad de un intercambiador de calor.
Para demostrar este enfoque, el Instituto de Investigación Solar DLR, junto con la Universidad de Évora y empresas de Alemania y España, ha estado construyendo una instalación de prueba de colectores cilindro-parabólicos solares utilizando sal fundida como medio de transferencia de calor. El trabajo comenzó en 2016 y se ha llevado a cabo como parte del proyecto de investigación High Performance Solar 2 (HPS2), que está financiado por el Ministerio Federal de Economía y Energía de Alemania (BMWi). El objetivo del proyecto es demostrar que las plantas de energía cilindroparabólica pueden funcionar de forma segura y económica con material fundido.
Un desafío técnico cuando se usa sal fundida como fluido caloportador es que es necesario calentar todas las tuberías. Para evitar que la sal fundida se solidifique a medida que se llena la planta, se debe utilizar un calentamiento eléctrico de trazas para precalentar todos los componentes que transportan la sal.
Llenado inicial exitoso y operación de prueba del sistema a 300 grados Celsius
Los módulos colectores del generador HelioTrough® 2.0 del socio del proyecto TSK Flagsol, que ahora están llenos de sal fundida y conectados entre sí, proporcionan una potencia térmica total de hasta 3,5 megavatios en una longitud total de 684 metros. Actualmente, la planta opera con una mezcla de sal ternaria del socio del proyecto Yara, que tiene la ventaja de una temperatura de fusión más baja en comparación con una mezcla de sal solar de sal binaria y puede absorber calor hasta una temperatura de aproximadamente 500 grados centígrados. Además de su uso en plantas de energía solar térmica para la generación de electricidad, esta mezcla de sal también es de interés para los sistemas de suministro de calor de procesos solares.
A partir de una temperatura inicial de 300 grados Celsius, los ingenieros quieren aumentar gradualmente la temperatura de funcionamiento hasta 500 grados Celsius. En las próximas semanas, el resto de componentes del circuito de sal se pondrán en funcionamiento en Évora. Además del sistema de almacenamiento de dos tanques, esto incluye el generador de vapor y el equipo de medición.
«Estamos muy satisfechos con la forma en que se realizó el primer llenado. Nuestros próximos objetivos son ganar experiencia operativa, llenar todos los componentes adicionales con sal fundida paso a paso y probar las operaciones regulares y también los escenarios operativos críticos», dice Jana Stengler, directora del Fluid Systems Group en el DLR Institute of Solar Research, sobre los resultados de las pruebas iniciales.
La planta HPS2 está diseñada para funcionar también con sal solar, una mezcla de nitrato de potasio y nitrato de sodio, para alcanzar temperaturas aún más altas de hasta 565 grados Celsius. Las temperaturas más altas en el campo solar permiten una mayor eficiencia en la conversión de la energía solar en calor y el calor en electricidad, lo que reduce el costo de generación de electricidad.
«Las centrales eléctricas que utilizan la tecnología de HPS2 se pueden construir más fácilmente y operar de manera más eficiente. Esto reduce los costos de producción de electricidad hasta en un 10 por ciento», dice Mark Schmitz, del socio del proyecto TSK Flagsol, subrayando la importancia del proyecto para el futuro de la energía solar térmica. Generación de energía. «Ese es un paso enorme para un solo cambio técnico. Al mismo tiempo, hace que las duraciones de almacenamiento sean más largas de 12 horas de carga completa y sea más rentable».
Patrocinadores y participantes del proyecto
Este proyecto de investigación es parte del proyecto de investigación ‘High Performance Solar 2’ financiado por el Ministerio Federal de Economía y Energía (Bundesministerium fuer Wirtschaft und Energie; BMWi). El proyecto está siendo supervisado por Project Management Juelich (Projekttraeger Juelich; PtJ).
Además de DLR, los socios TSK Flagsol, Yara, Rioglass, Steinmueller Engineering, eltherm y RWE están involucrados en el proyecto. La Universidad de Évora, como propietaria de la plataforma de sal fundida de Évora (EMSP), está apoyando la construcción y operación de la infraestructura de la planta con personal operativo y personal de investigación.
