Equipo español crea novedoso diseño de almacenamiento en MCF
Un equipo de investigadores en Cataluña ha creado un innovador diseño de almacenamiento en materiale
Por Jason Deign
Traduccción de Alexandra Aretio
Un equipo español ha descubierto un nuevo sistema de almacenamiento de materiales de cambio de fase (PCM, por sus siglas en inglés) encapsulados tras crear una novedosa herramienta de modelización para CSP.
El sistema de materiales de cambio de fase sólidos y de varias capas (MLSPCM, por sus siglas en inglés) cuenta con una capacidad térmica teórica, medida como energía suministrada sobre energía almacenada, de más de un 74 % y requiere solo un 32 % de las sales fundidas necesarias para los sistemas tradicionales de dos depósitos.
El MLSPCM combina dos metodologías de almacenamiento que se están investigando por su posible potencial para reducir los costes en la CSP. Una, los materiales de cambio de fase encapsulados, implica el uso del cambio de fase para mejorar el rendimiento de los procesos de almacenamiento, lo que reduce el volumen del depósito necesario.
La otra, un sistema termoclino, también trata de reducir los costes del almacenamiento tradicional en dos depósitos al usar materiales de relleno económicos, como granito o cuarcitas, para separar los fluidos de transferencia térmica calientes y fríos en un único depósito.
En el MLSPCM, entre dos capas finas del material de cambio de fase hay una capa termoclina formada por materiales de relleno. La termoclina está diseñada de tal manera que mantiene la capa superior del material dentro de un margen de temperatura óptimo para la descarga, unos 550 ºC.
Por su parte, la capa inferior se mantiene dentro de su margen de carga óptima, que puede situarse en torno a los 300 ºC. Esto mejora la eficiencia de los materiales de cambio de fase mientras que reduce en gran medida el volumen total necesario de estos.
Los investigadores indican que este concepto reduce la degradación de la termoclina, mejora la capacidad de acumulación del sistema y permite ciclos de descarga de mayor duración y temperaturas de descarga más estables, todo por un precio no muy superior al de las termoclinas tradicionales.
Por su parte, el MLSPCM lo describió por primera vez un equipo del Centro Tecnológico de Transferencia de Calor de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC), en SolarPACES 2013, pero los resultados de rendimiento no se revelaron hasta un año después.
Capas del material de cambio de fase
"El aspecto clave de este nuevo concepto es la inclusión de capas de materiales de cambio de fase en los dos extremos del depósito, cuyas temperaturas de fusión se modifican convenientemente para que se encuentren dentro de los márgenes de temperaturas 'admisibles' para la salida de los procesos de carga y descarga", indica el equipo en un informe.
Se desveló como parte del trabajo de modelización realizado con una herramienta que se llama LTES (de Latent Thermal Energy Storage, almacenamiento de energía térmica latente), desarrollada para la presentación comercial en 2015 por TermoFluids, un subgrupo de la UPC.
Se crearon LTES y STES (de Sensible Thermal Energy Storage, almacenamiento de energía térmica estacional), una herramienta de modelización independiente para sistemas de dos depósitos, como paquetes de trabajo dentro de Tesconsol, un consorcio de proyectos entre la UPC, el Instituto Real de Tecnología KTH en Suecia, Total, Gas Natural Fenosa y Tecnalia.
Las dos herramientas permiten a los desarrolladores de sistemas ajustar el rendimiento de diferentes tipos de almacenamiento de energía térmica dentro de un entorno virtual que imita casi a la perfección a la vida real.
"La filosofía de nuestro grupo es profundizar en el análisis de los problemas de la dinámica de fluidos, la transferencia térmica y los problemas mecánicos como la tensión y la deformación en sistemas térmicos en general", indica el profesor Carlos-David Pérez-Segarra, de la UPC.
"Concretamente, siempre nos ha interesado todo el tema de aprovechar la energía solar, concretamente la CSP. Para nosotros, es importante desarrollar códigos de simulación avanzada que puedan reproducir fielmente fenómenos concretos".
El LTES y el STES emplean formulas matemáticas probadas y acreditadas para ofrecer una descripción completa de los procesos que tienen lugar dentro de un depósito de almacenamiento de CSP. Acerca del STES, Pérez-Segarra indica lo siguiente: "Estos códigos de simulación se han validado mediante resultados experimentales".
Aparte de ayudar a descubrir nuevos sistemas de almacenamiento, las herramientas también permiten a los desarrolladores mejorar la eficiencia de los diseños existentes, por ejemplo, al revelar cómo se pueden evitar las pérdidas. Los resultados tampoco se limitan a mejorar la eficiencia.
Seguridad y fiabilidad
En algunos casos, se pueden utilizar también para ayudar a mejorar la seguridad y la fiabilidad. Por ejemplo, en un informe independiente de SolarPACES 2014, el equipo empleó el LTES para ayudar a superar un problema en el depósito termoclino tradicional denominado "expansión térmica progresiva".
Esta es la tendencia de los materiales de relleno para que queden compactos en la parte inferior de un depósito tras repetir los ciclos de calentamiento y enfriamiento.
Puede ejercer una gran presión en las paredes del depósito pero con el LTES, el equipo de la UPC podía predecir las tensiones máximas que podían esperarse con base en una simulación de un sistema de almacenamiento termoclino adjunto a la planta Solar One de Acciona, en Boulder (Nevada).
"Se pueden probar las diferentes configuraciones de depósitos para las diferentes condiciones laborales —señala Pérez-Segarra—. Se pueden introducir los datos y realizar una simulación con base en cualquier parámetro, desde los materiales del depósito hasta los diferentes tipos de fluidos con diferentes temperaturas de funcionamiento, viscosidades, etc.".
Tesconsol es el único proyecto de CSP que respalda actualmente la Comunidad de conocimiento e innovación de la energía sostenible KIC InnoEnergy del Instituto Europeo de Innovación y Tecnología, un organismo privado que emplea financiación pública para ayudar a empresas emergentes con gran potencial.
Mikel Lasa, director gerente de KIC InnoEnergy Iberia declara lo siguiente: "Es un proyecto que se ha prolongado durante cuatro años con el objetivo ofrecer herramientas de optimización para depósitos de almacenamiento energético".