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Una colaboración italiana derivó recientemente en una investigación sobre el uso de arena como medio de transferencia térmica y almacenamiento de energía térmica para sistemas de energía termosolar y concluyó con la instalación de una planta piloto de 100 kWth.
La pregunta es, ¿qué tecnología se desarrolló y cuál es el potencial para su comercialización?
Andrew Williams
El mes pasado, CSP Today analizó el trabajo que se había realizado en el Instituto Masdar y US Solar Holdings mediante dos proyectos independientes que investigaban el potencial de la arena como un almacenamiento de energía térmica para sistemas de CSP.
Un tercer proyecto ubicado en Italia, que sigue su propio estudio de investigación en esta tecnología potencialmente innovadora, ha tenido como resultado una planta de CSP de demostración de 100 kWth. El proyecto consiste en una colaboración entre el grupo industrial Magaldi, la Universidad de Nápoles y el Consejo de Investigación Nacional Italiano.
La principal tecnología desarrollada como parte del mismo se conoce como STEM, abreviatura de Solar Thermoelectric Magaldi (Magaldi Termoeléctrica Solar). Se basa en un receptor solar de lecho fluidizado de arena/aire que está optimizado para el almacenamiento, la transferencia y la captación de energía solar.
La actividad de I+D del proyecto, liderada por el grupo industrial Magaldi, se realizó a través del grupo de investigación de Magaldi con la ayuda de la Universidad de Nápoles y dos institutos del Consejo de Investigación Nacional Italiano: el IRC-CNR en Nápoles y el INO-CNR en Florencia.
Lecho fluidizado
Como explica el director científico del proyecto, Gennaro de Michele, este comenzó con cuatro años de tareas de investigación y desarrollo que se llevaron a cabo con el fin de escoger la mejor tecnología y seleccionar el material más prometedor que se emplearía en el lecho fluidizado, así como para definir las condiciones del proceso, el sistema óptico y la «geometría de la cavidad solar».
«El objetivo del proyecto STEM era desarrollar una tecnología CSP de bajo coste [que fuera] sencilla y flexible y no empleara ningún fluido contaminante», declaró Michele a CSP Today en una entrevista exclusiva.
«Un lecho fluidizado funciona como un líquido pero posee muchas características de sólidos; como fluido cuenta con una elevada difusividad térmica y elevados coeficientes de transferencia térmica, y como sólido ofrece una elevada capacidad térmica», añade.
Instalación piloto
Según de Michele, un resultado clave del trabajo de investigación fue el desarrollo de un «modelo dinámico» del sistema planificado, que sienta las bases para un diseño básico de una planta CSP de demostración de 100 kWth en la instalación Magaldi ubicada en la ciudad de Buccino, al sur de Italia.
«Los estudios teóricos y experimentales que se han llevado a cabo a nivel de laboratorio ofrecieron el fondo que hay tras la planta piloto de 100 kW, cuyos objetivos son la demostración del concepto de STEM en términos de flexibilidad, transferencia térmica y capacidad de almacenamiento», indica.
«El lecho fluidizado es la tecnología clave de STEM. Es una tecnología conocida que se emplea en industrias energéticas químicas. La difusividad térmica en el lecho, así como la transferencia térmica entre el lecho y el intercambiador térmico en el lecho permite la captura de energía solar, su rápida transferencia a los intercambiadores y la producción eficiente de vapor. Por su parte, se garantiza el almacenamiento energético mediante la capacidad de almacenamiento de la arena».
De Michele también destaca que el lecho fluidizado puede quemar tanto combustible líquido como gas. Esto hace que la tecnología STEM sea «un sistema de generación natural híbrido en el que el sol y el combustible se pueden utilizar de manera conjunta o, como alternativa, en el mismo dispositivo».
Ventajas clave
Según indica de Michele, una de las ventajas clave que presenta el uso de arena en el sistema STEM es el hecho de que la arena de Silica es más económica que el aceite diatérmico y las sales fundidas. Además, señala que es químicamente inerte, «completamente ecocompatible» y adecuada para el uso en sistemas que operan en un amplio margen de temperaturas.
«STEM es una tecnología modular y la incorporación de un número definido de módulos dentro de un sistema de generación permite la producción de vapor de proceso, electricidad, agua desalinizada y [todas] sus posibles combinaciones», declara.
«La capacidad de cada módulo es de 500 kWe, y la construcción y explotación del primer módulo industrial es [actualmente] el principal objetivo del grupo Magaldi.
Tras esto, de Michele destaca el hecho de que la producción en serie de dichos módulos de plantas industriales permitiría al consorcio lograr «una importante reducción de costes».
En cuanto al futuro, también cree que las perspectivas para la aplicación de tecnología STEM son «muy prometedoras» y podrían ampliarse a grandes plantas energéticas independientes de 50-100 MWe, con una capacidad de almacenamiento de hasta 5-6 horas que son capaces de integrarse en plantas energéticas existentes de combustible fósil.
También destaca que podría plantearse una aplicación de STEM en regiones soleadas aisladas en las que no hay red eléctrica disponible y la aplicación de algunos módulos STEM podría sustituir a la generación diésel a unos costes muy competitivos.
«El primer objetivo es la construcción de la primera planta industrial de 500 kWe. Después, nos gustaría realizar la primera planta comercial de varios módulos para avanzar hacia la comercialización».
«Al mismo tiempo, no detendremos la actividad de investigación y desarrollo. Hay muchas mejoras que ya estamos estudiando que, junto con la experiencia que obtendremos en las aplicaciones sobre el terreno, nos permitirán obtener un sistema de generación solar que siempre es más eficiente y económico».
¿Podría un material que está tan disponible como la arena ser el futuro medio de transferencia térmica y almacenamiento de energía térmica en CSP a escala de servicio público? Proyectos como STEM, al igual que SANDSTOCK de Masdar y SandShifter de US Holdings, van camino de demostrar esta teoría.
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