Los partidarios de la energía termosolar han resistido una tormenta de críticas a lo largo de los años, pero el sueño simplemente no morirá. Hablan de una instalación de 100 megavatios que puede entregar electricidad las 24 horas del día, los 7 días de la semana, al igual que una central de energía nuclear pero sin el factor de riesgo y la etiqueta de precio extravagante, también. Eso es mucho pedir, pero el Departamento de Energía de EE. UU. se ha aferrado a una nueva tecnología basada en cerámica que podría entregar la electricidad a un precio adecuado.
Nuevo México albergará una nueva central de concentración de energía termosolar destinada a acabar con el carbón, el gas y la energía nuclear al mismo tiempo (foto cortesía del Departamento de Energía de EE. UU.)
Los altibajos de la energía termosolar en Estados Unidos
Para aquellos de ustedes que son nuevos en el tema, las centrales de energía termosolar no usan paneles fotovoltaicos convencionales para recolectar energía solar. En su lugar, despliegan un campo de espejos especializados que hacen rebotar la luz del sol en un punto central. La energía solar calienta una reserva de aceite o sal fundida, que luego se canaliza a una estación generadora donde puede hacer funcionar una turbina.
Si eso suena costoso, ineficiente y complicado, puede serlo. Aun así, la energía termosolar de concentración se ha popularizado en otras partes del mundo. La ventaja es que el medio de absorción de energía, ya sea aceite o sal, también actúa como un depósito de almacenamiento de energía incorporado, lo que permite que las turbinas sigan girando mucho después de que se ponga el sol.
Conseguir un punto de apoyo aquí en EE. UU. es una tarea diferente. La administración de Obama mostró un grupo de cinco centrales de CSP en el suroeste, pero el programa no estimuló mucho el interés de seguimiento entre los inversores privados.
El Departamento de Energía volvió a la mesa en 2015 y presentó un programa llamado CSP: APOLLO. El programa tiene como objetivo identificar nuevas tecnologías y sistemas que puedan proporcionar una operación a alta temperatura, definida como más de 720°C, con la idea de que las temperaturas más altas pueden resultar en mejoras de eficiencia y reducir costes. El objetivo oficial es un mínimo del 50 % de eficiencia de conversión térmica a eléctrica, que el Departamento de Energía describe como «dramáticamente más eficiente que la tecnología actual».
Un truco extraño podría hacer que la energía termosolar tenga éxito: la cerámica
Por extraño que parezca, la administración Trump siguió apoyando el trabajo de I+D del Departamento de Energía sobre la energía termosolar de concentración de alta temperatura, a pesar de la promesa reiterada del expresidente de salvar los empleos en el carbón y de crear también más empleos en la energía nuclear.
Durante el primer año de Trump en el cargo, un artículo del Departamento de Energía exaltaba los beneficios de las instalaciones de termosolar CSP. El artículo mencionaba unos 62 millones de dólares en financiación para un nuevo programa llamado Generation 3 CSP Systems, y ahí es donde las cosas se ponen interesantes.
Gen 3 CSP se enfoca en identificar nuevas tecnologías de alta temperatura que han pasado la prueba a escala de laboratorio y ensamblarlas en sistemas que pueden probarse en el campo bajo diversas condiciones.
“Esto incluye el desarrollo de una instalación de prueba que permite a diversos equipos de investigadores, laboratorios, promotores y fabricantes eliminar riesgos tecnológicos clave para la tecnología termosolar de próxima generación y permitir la reducción del coste nivelado de energía (LCOE) para la electricidad generada por CSP. a 6 ¢/kWh o menos, sin subsidios, al final de la década”, explica el Departamento de Energía.
En 2018, algunos de los nuevos proyectos de CSP Gen 3 comenzaron a cruzar el radar, incluido un innovador sistema de «partículas que caen» basado en la gravedad y la cerámica, desarrollado por Sandia National Laboratories. También tuvimos la oportunidad de hablar con los expertos sobre otro proyecto relacionado con nuevas aleaciones para instalaciones de termosolar de alta temperatura.
Un nuevo amanecer para la termosolar
Otro foco de atención del Departamento de Energía es Heliogen, la empresa de CSP de Bill Gates, que salió del modo sigiloso en 2019 con el objetivo de operar a 1.000 grados centígrados.
La última vez que analizamos Heliogen, estaban en proceso de instalar su sistema CSP para ayudar a reducir las emisiones en una mina de boro en California.
Eso fue en 2021. Mientras tanto, parece que el Laboratorio Nacional Sandia está listo para las carreras. La semana pasada, el Departamento de Energía anunció que seleccionó a Sandia para una adjudicación de $25 millones destinada a construir, probar y operar un nuevo sistema termosolar en la Instalación Nacional de Pruebas Térmicas Solares de la agencia en Albuquerque, Nuevo México.
El nuevo sistema de concentración de energía termosolar culmina con un total de 100 millones de dólares en financiación para la termosolar de alta temperatura. Mostrará la tecnología de caída de partículas de Sandia, que puede funcionar a temperaturas superiores a 800°C.
“Estas partículas se pueden usar para transferir y almacenar calor o alimentar una turbina de dióxido de carbono supercrítico (sCO2). Si tiene éxito, este tipo de central termosolar podría proporcionar 100 megavatios de energía de forma continua, las 24 horas del día, a bajo coste”, se entusiasmó el Departamento de Energía, y agregó que su meta de electricidad más almacenamiento es de 5 centavos por kilovatio hora.
Espera, ¿qué partículas?
DOE apiló el enfoque de partículas en comparación con otros sistemas e identificó varias ventajas clave.
“Después de esta revisión, el DOE determinó que los sistemas basados en partículas requieren menos componentes y son menos complejos de operar en comparación con los sistemas basados en líquidos y gases”, explicaron. “Además, los sistemas basados en partículas necesitan relativamente pocos materiales de alto coste para recolectar y transportar energía térmica. Estos factores podrían aumentar la disponibilidad y confiabilidad de la central y permitir una construcción y puesta en marcha de la central más sencilla”.
El DOE también señaló que la tecnología basada en partículas podría ayudar a descarbonizar las industrias que dependen de un alto calor de proceso de más de 800° Celsius, además de generar electricidad.
En cuanto a las partículas en sí, se basan en óxido de aluminio y registran un diámetro de solo 300 micrómetros cada una.
“Las partículas calentadas luego se almacenan en un contenedor aislado antes de pasar a través de un intercambiador de calor de partículas a fluido de trabajo. El fluido de trabajo del intercambiador de calor simulará un ciclo Brayton de alta eficiencia usando dióxido de carbono supercrítico (sCO2) con una temperatura de salida de 720°C”, explica el DOE, “Luego, las partículas enfriadas se recolectan y se mueven de regreso a la parte superior del receptor a través de un elevador o un montacargas”.
Eso todavía suena complicado y costoso, pero aparentemente no es así. Si captó eso del dióxido de carbono supercrítico, esa es parte de la razón. El dióxido de carbono supercrítico (sCO2) es la forma líquida de CO2. Cuando se implata para hacer funcionar una turbina, el sCO2 puede brindar ganancias de eficiencia y una huella mucho más compacta, lo que lleva a costes reducidos.
El Departamento de Energía anticipa que la configuración de energía termosolar de concentración de partículas que caen podría producir 100 megavatios de energía de bajo coste durante todo el día.
Si antes los inversionistas privados estaban preocupados por la concentración de energía solar en EE. UU., es posible que cambien de opinión después de 2024, cuando se espera que el sistema Sandia esté en funcionamiento.
Mientras tanto, Heliogen parece estar pasando por una mala racha, pero a principios de este mes la compañía anunció un nuevo CEO, Christie Obiaya, quien tiene un plan para cambiar las cosas. Además de su experiencia en el desarrollo de proyectos relacionados con la energía, la Sra. Obiaya es ingeniera con un B.S. en Ingeniería Química del MIT.
