Energía solar salada

La extracción y el uso de la energía solar es uno de los logros más importantes del hombre desde el punto de vista de la energía. La principal dificultad ahora no es ni siquiera en la recolección de energía solar, sino en su almacenamiento y distribución. Si este problema puede resolverse, entonces las empresas tradicionales de combustibles fósiles pueden retirarse.

SolarReserve es una compañía que ofrece el uso de sal fundida en plantas de energía solar y está trabajando en una solución alternativa a los problemas de almacenamiento. En lugar de usar energía solar para generar electricidad y luego almacenarla en paneles solares, SolarReserve sugiere redirigirla a dispositivos de almacenamiento de calor (torres). La torre de energía recibirá y almacenará energía. La capacidad de la sal fundida para permanecer en forma líquida lo convierte en el producto de almacenamiento térmico perfecto .

El objetivo de la compañía es demostrar que su tecnología puede hacer que la energía solar sea una fuente de energía asequible que funciona las 24 horas (como cualquier planta de energía de combustibles fósiles). La luz solar concentrada calienta la sal en la torre a 566 ° C, y se almacena en un tanque gigante aislado hasta que se utiliza para crear vapor para encender la turbina.

Sin embargo, lo primero es lo primero.

Inicio

El tecnólogo jefe de SolarReserve, William Gould, pasó más de 20 años desarrollando la tecnología CSP (energía solar concentrada) con sal fundida. En la década de 1990, fue el gerente de proyecto de la planta de demostración Solar Two, construida con el apoyo del Departamento de Energía de los Estados Unidos en el desierto de Mojave. Una década antes, el edificio fue revisado allí, lo que confirmó los cálculos teóricos sobre la posibilidad de producción de energía comercial utilizando heliostatos. La tarea de Gould era desarrollar un proyecto similar en el que se usa sal calentada en lugar de vapor, y también encontrar evidencia de que la energía se puede almacenar.

Al elegir un tanque para almacenar sal fundida, Gould dudó entre dos opciones: un fabricante de calderas con experiencia en plantas de energía de combustibles fósiles tradicionales y Rocketdyne, que produjo motores de cohetes para la NASA. La elección se hizo a favor de los científicos de cohetes. En parte debido al hecho de que al comienzo de su carrera, Gould trabajó como ingeniero nuclear en la empresa de construcción gigante Bechtel, que trabajó en los reactores de San Onofre de California. Y pensó que no encontraría una tecnología más confiable.

La boquilla del motor a reacción, de la que escapan los gases calientes, en realidad consiste en dos depósitos (internos y externos), en los canales fresados ​​de los cuales se bombean componentes de combustible en la fase líquida, enfriando el metal y evitando que la boquilla se derrita. La experiencia de Rocketdyne en el desarrollo de tales dispositivos y su trabajo en el campo de la metalurgia de alta temperatura fue útil para desarrollar tecnología para el uso de sal fundida en una planta de energía solar.

El proyecto Solar Two de 10 MW ha estado funcionando con éxito durante varios años y fue dado de baja en 1999, confirmando la viabilidad de la idea. Como el propio William Gould admite, el proyecto tenía algunos problemas que debían resolverse. Pero la tecnología central utilizada en Solar Two también funciona en estaciones modernas como Crescent Dunes. La mezcla de sales de nitrato y las temperaturas de funcionamiento son idénticas, la diferencia es solo en la escala de la estación.

La ventaja de la tecnología de sal fundida es que le permite suministrar energía a pedido, y no solo cuando brilla el sol. La sal puede retener el calor durante varios meses, por lo que a veces un día nublado no afecta la disponibilidad de electricidad. Además, las emisiones de la central eléctrica son mínimas y, por supuesto, no se generan residuos peligrosos como subproducto del proceso.

Principios de trabajo

La planta de energía solar utiliza 10.347 espejos (heliostatos) instalados en 647.5 hectáreas (esto es más de 900 campos de fútbol) para concentrar la luz solar en una torre central de 195 metros de altura y llena de "relleno" de sal. El sol calienta esta sal a 565 ° C, y el calor se almacena y luego se utiliza para convertir el agua en vapor y para operar generadores que producen electricidad.



Los espejos se llaman heliostatos, ya que cada uno de ellos se puede inclinar y rotar para dirigir con precisión su haz de luz. Ubicados en círculos concéntricos, enfocan la luz solar en el "receptor" en la parte superior de la torre central. La torre en sí no está iluminada, el receptor tiene un color negro mate. El efecto de brillo surge precisamente debido a la concentración de luz solar que calienta el tanque. La sal caliente fluye hacia un tanque de acero inoxidable con una capacidad de 16 mil m³.


Heliostato

La sal, que se ve y fluye a estas temperaturas de la misma manera que el agua, pasa a través de un intercambiador de calor para generar vapor para un turbogenerador estándar. El tanque contiene suficiente sal fundida para operar el generador durante 10 horas. Esto equivale a 1.100 megavatios-hora de almacenamiento, o casi 10 veces más que los sistemas de baterías de iones de litio más grandes que se instalaron para almacenar energía renovable.

Camino duro

A pesar de la promesa de la idea, no se puede decir que SolarReserve tuvo éxito. En muchos sentidos, la empresa siguió siendo una startup. Aunque es una startup enérgica y vibrante en todos los sentidos. Después de todo, lo primero que verá cuando mire hacia la central eléctrica de Crescent Dunes es la luz. Tan brillante que es imposible mirarlo. La torre de 195 metros, que se alza orgullosamente sobre los territorios desérticos de Nevada a medio camino entre la pequeña ciudad de Reno y Las Vegas, sirve como fuente de luz.


Aproximadamente a una hora en automóvil desde aquí se encuentra la famosa Zona 51, una instalación militar secreta que amenazaron con irrumpir en Internet este verano para "salvar" a los extranjeros de las manos del gobierno estadounidense. Tal vecindario lleva al hecho de que los viajeros que ven un brillo inusualmente brillante a veces preguntan a los residentes locales si han sido testigos de algo inusual o incluso extraño. Y luego están sinceramente molestos al saber que esto es solo una estación de energía solar, rodeada por un campo de espejos de casi 3 km de ancho.

La construcción de Crescent Dunes comenzó en 2011 con préstamos del gobierno e inversiones de NV Energy, la principal empresa de servicios públicos de Nevada. Y construyeron una planta de energía en 2015, aproximadamente dos años después de lo planeado. Pero incluso después de la construcción, no todo salió bien. Por ejemplo, en los primeros dos años, las bombas y los transformadores para heliostatos, que no eran lo suficientemente potentes, a menudo se averiaban y no funcionaban correctamente. Por lo tanto, la producción de energía en Crescent Dunes fue menor de lo planeado en los primeros años.

Había una dificultad más: con los pájaros. Poniéndose bajo la "vista" de la luz solar concentrada, el desafortunado pájaro se convirtió en polvo . Según los representantes de SolarReserve, su planta de energía logró evitar la "cremación" regular y masiva de aves. Junto con varias organizaciones nacionales, se ha desarrollado un plan especial para mitigar cualquier amenaza potencial a la planta de energía. Este programa fue aprobado en 2011 y está diseñado para reducir el riesgo potencial para las aves y los murciélagos.

Pero el mayor problema para Crescent Dunes fue una fuga en el tanque de almacenamiento de sal caliente, descubierto a fines de 2016. Según la tecnología, un anillo gigante que descansa sobre pilones en el fondo del tanque distribuye la sal fundida a medida que llega del receptor. Los pilones mismos debían soldarse al piso, y la posibilidad de desplazamiento era necesaria para el anillo, ya que los cambios de temperatura causan la expansión / contracción de los materiales. En cambio, debido a un error cometido por los ingenieros, toda la granja estaba hervida. Como resultado, con los cambios de temperatura, el fondo del tanque se hundió y goteó.

La fuga de sal fundida per se no es particularmente peligrosa. Cuando entra en la capa de grava debajo del tanque, la masa fundida se enfría inmediatamente, convirtiéndose en sal. Sin embargo, el cierre de la central eléctrica se retrasó ocho meses. Se estudiaron las causas de la fuga, los autores del incidente, las consecuencias de la emergencia y otros problemas.

Los problemas de SolarReserve no terminaron allí. La capacidad de la planta fue inferior a la prevista en 2018, con un factor de potencia promedio del 20,3% en comparación con el factor de potencia planificado del 51,9%, C. Como resultado, el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) de EE. UU. Lanzó un estudio de 12 meses sobre el costo del proyecto CSP, centrándose en problemas de rendimiento y contingencias. Como resultado, al principio la compañía fue demandada y obligada a cambiar su liderazgo, y en 2019 se vieron obligados a admitir su quiebra .

Aún no ha terminado

Pero incluso esto no puso fin al desarrollo de la tecnología. Después de todo, hay proyectos similares en otros países. Por ejemplo, se utilizan tecnologías similares en el parque solar que lleva el nombre de Mohammed Ibn Rashid Al Maktoum, la red de plantas de energía solar más grande del mundo, unida en un solo espacio en Dubai. O, digamos, Marruecos. Incluso hay más días soleados que en los EE. UU. Y, por lo tanto, la eficiencia de la central eléctrica debería ser mayor. Y los primeros resultados muestran que esto es cierto.

La torre CSP Noor III de 150 megavatios en Marruecos excedió su capacidad planificada y su capacidad de almacenamiento en los primeros meses de operación. Y los costos de financiar proyectos de almacenamiento de energía de la torre están en línea con las expectativas, dice Xavier Lara, Consultor Senior, CSP Empresarios Agrupados Engineering Group (EA).


Lanzada en diciembre del año pasado, la planta de energía Noor III muestra un rendimiento notable. Noor III, establecido por el SENER español y la corporación china de construcción de energía SEPCO, es la planta de torre operativa más grande del mundo y la segunda integración más grande de tecnología de almacenamiento de sales fundidas.

Los expertos creen que los datos fiables de rendimiento de Noor III sobre el rendimiento, la flexibilidad de generación y la integración del almacenamiento deberían reducir los problemas de fiabilidad de la torre y el almacenamiento de CSP y el costo de capital para futuros proyectos. En China, el gobierno ya ha anunciado un programa para crear un CSP de 6,000 MW con almacenamiento. SolarReserve se ha asociado con el grupo estatal Shenhua Group, una planta de energía a carbón, para desarrollar 1,000 MW de producción de sal fundida CSP. Pero, ¿se construirán más estas torres de almacenamiento? Pregunta

Sin embargo, el otro día, Heliogen, propiedad de Bill Gates, anunció su avance en el uso de energía solar concentrada. Heliogen pudo elevar la temperatura de 565 ° C a 1000 ° C. Así, se abre la posibilidad de utilizar la energía solar en la producción de cemento, acero, productos petroquímicos.

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