La energía solar concentrada de próxima generación ahora está en desarrollo

Fuente: https://www.pv-magazine.com/

En nuevos estudios dirigidos por investigadores del Laboratorio Nacional de Energía Renovable, el Departamento de Energía de EE. UU. persigue una meta de costo de energía de $0.05 por kilovatio-hora.

La energía solar concentrada (CSP) utiliza espejos de helióstatos para dirigir la luz solar hacia una torre de recolección, almacenando energía térmica en medios abundantes como rocas, arena o sal fundida para un despacho de energía de alta disponibilidad. La energía de alta temperatura y disponible es un elemento clave en muchas máquinas y procesos industriales, por lo que el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) y el Departamento de Energía (DoE) están trabajando en la próxima generación de instalaciones de CSP.

El programa Gen3 CSP apunta a un costo de energía de $0.05/kWh. El DoE ha identificado oportunidades en tres vías materiales: almacenar calor en partículas similares a la arena, en líquidos como la sal fundida y en gases, como la tecnología desarrollada por Brayton Energy. El DoE seleccionó el almacenamiento basado en partículas como el método principal para su financiación, pero también abrió la puerta para que NREL ejecutara un programa de investigación de sales fundidas líquidas de dos años.

Desafíos, avances

Craig Turchi de NREL, líder en ciencia y tecnología de energía térmica, dijo que las sales fundidas son una opción deseable para la transferencia y el almacenamiento de calor, ya que es fácil trabajar con ellas y se pueden bombear a través de tuberías e intercambiadores de calor. Sin embargo, existen algunos desafíos prácticos que el equipo de Turchi está trabajando actualmente para superar.

Aunque las sales fundidas son fáciles de mover, también son corrosivas para sus tanques y tuberías. “De hecho, resolvimos ese problema en general. NREL y sus socios hicieron mucha ciencia excelente sobre la química de la sal: cómo purificarla, cómo hacerla relativamente no corrosiva si se controla la química, y lo demostramos en el laboratorio”, dijo Turchi.

El siguiente obstáculo fue encontrar los tipos correctos de sales para la ruta líquida Gen3 CSP. Los sistemas comerciales a menudo usan sales de nitrato, pero NREL dijo que comienzan a degradarse a temperaturas más altas. NREL apunta a altas temperaturas para una conversión de energía más eficiente, por lo que se decidió por las sales de cloruro por su mayor nivel de estabilidad bajo temperaturas extremas.

Otro desafío es mantener caliente el tanque de almacenamiento. Las sales fundidas utilizadas se congelan a 400 C, por lo que se necesita aislamiento adicional. “Nuestro diseño es un tanque de acero, pero mientras que los tanques actuales están aislados por fuera, nuestro tanque propuesto estaba aislado por dentro para proteger el acero”, dijo Turchi. El DoE otorgó a NREL $2 millones para construir un tanque prototipo, que se está construyendo en el campus de NREL en Golden, Colorado.

Kerry Rippy, experta en química inorgánica del NREL, y su equipo exploraron métodos electroquímicos para eliminar aún más las impurezas corrosivas en la sal de cloruro fundida. También está desarrollando sensores electroquímicos para colocar dentro de tanques de almacenamiento para monitorear la pureza de las sales durante la experimentación.

“Existen múltiples vías potenciales para que esta investigación sea valiosa. Puede ser beneficioso para la síntesis de combustible solar; podría habilitar celdas de combustible de alta temperatura, y la industria nuclear también está muy interesada en esta investigación”, dijo Rippy.

La energía solar fotovoltaica y el almacenamiento de energía son excelentes para proporcionar electricidad confiable, pero algunos procesos industriales requieren mucho calor o grandes cantidades de energía disponible. Esto ha llevado a desarrollos en CSP y en otras tecnologías, que ya están teniendo éxito comercial.

Recientemente, la empresa emergente Rondo Energy cerró una ronda de financiamiento de la Serie A de $ 22 millones para escalar sus baterías de calor de energía renovable . La batería basada en membrana almacena energía solar y eólica en sólidos a temperaturas superiores a 1200 C. La compañía dijo que planea comenzar a fabricar y entregar sistemas a los clientes a finales de este año.

En noviembre, Heliogen se asoció con Bloom Energy para crear combustible de hidrógeno verde . La CSP de Heliogen genera calor, vapor y electricidad a partir de la luz solar concentrada. Se combinó con el electrolizador de alta temperatura de óxido sólido de Bloom para producir el combustible. La compañía dijo que el hidrógeno se puede producir un 45% más eficientemente que los electrolizadores alcalinos y PEM de baja temperatura. La electricidad dicta casi el 80% del costo del hidrógeno de la electrólisis. El método CSP reduce la necesidad de electricidad, utilizando calor para ayudar a sus operaciones.