La extracción y uso de la energía solar es uno de los logros más importantes de la humanidad en términos de energía. La principal dificultad ahora no radica tanto en recoger la energía solar, sino en almacenar y distribuirla. Si se logra resolver este problema, las instalaciones tradicionales que funcionan con combustibles fósiles podrán ser retiradas.
SolarReserve es una empresa que ofrece utilizar sal derretida en plantas solares y trabaja en una solución alternativa para los problemas de almacenamiento. En lugar de usar la energía solar para generar electricidad y almacenarla en paneles solares, SolarReserve propone redirigirla hacia acumuladores térmicos (torres). La torre de energía recibe y almacena energía. La capacidad de la sal derretida para permanecer en estado líquido la convierte en un medio ideal para el almacenamiento térmico.
La misión de la empresa es demostrar que su tecnología puede hacer que la energía solar sea una fuente de energía accesible y operativa las 24 horas (como cualquier planta que funcione con combustibles fósiles). La luz solar concentrada calienta la sal en la torre a 566 °C, y se almacena en un enorme tanque aislado hasta que se utiliza para generar vapor que mueve una turbina.
Sin embargo, todo a su debido tiempo.
Introducción
El ingeniero jefe de SolarReserve, William Gould, ha dedicado más de 20 años al desarrollo de la tecnología CSP (concentrated solar power) con sal derretida. En la década de 1990, fue el director del proyecto de la planta de demostración Solar Two, construida con el apoyo del Departamento de Energía de EE. UU. en el desierto de Mojave. Una década antes, allí mismo se probó una instalación que confirmó los cálculos teóricos sobre la posibilidad de generación de energía comercial mediante heliostatos. La tarea de Gould era desarrollar un proyecto similar en el que se utilizara sal caliente en lugar de vapor, así como encontrar pruebas de que la energía puede ser almacenada.
Al elegir la capacidad de almacenamiento para la sal fundida, Gould dudó entre dos opciones: un fabricante de calderas con experiencia en centrales eléctricas tradicionales que funcionan con combustibles fósiles, y la empresa Rocketdyne, que producía motores de cohetes para la NASA. Finalmente, se decantó por los constructores de cohetes. En parte porque al inicio de su carrera, Gould trabajó como ingeniero nuclear en la gigantesca empresa constructora Bechtel, que estaba involucrada en los reactores de San Onofre en California. Y creía que no encontraría una tecnología más fiable.
El ángulo del motor a reacción, por el que se escapan los gases calientes, consta en realidad de dos cascarones (uno interno y otro externo), en los canales fresados de los cuales se bombean los componentes de combustible en fase líquida, enfriando el metal y evitando que el ángulo se derrita. La experiencia de Rocketdyne en el desarrollo de dispositivos similares y en el campo de la metalurgia de alta temperatura fue útil en la creación de la tecnología que utiliza sal fundida en una planta solar.
El proyecto Solar Two, con una capacidad de 10 MW, funcionó con éxito durante varios años y fue desmantelado en 1999, confirmando la viabilidad de la idea. Como admite el propio William Gould, el proyecto tuvo algunos problemas que necesitaban ser resueltos. Pero la tecnología principal utilizada en Solar Two sigue funcionando en plantas modernas como Crescent Dunes. La mezcla de sales nitradas y las temperaturas de operación son idénticas, la única diferencia es la escala de la planta.
La ventaja de la tecnología de uso de sal fundida radica en que permite proporcionar energía bajo demanda, y no solo cuando brilla el sol. La sal puede retener calor durante varios meses, por lo que a veces un día nublado no afecta la disponibilidad de electricidad. Además, las emisiones de la planta son mínimas, y por supuesto, no hay residuos peligrosos generados como subproducto del proceso.
Se pueden describir aproximadamente así:
La planta solar utiliza 10,347 espejos (heliostatos) dispuestos en 647.5 hectáreas (más de 900 campos de fútbol) para concentrar la luz solar en una torre central de 195 metros de altura, llena de un "relleno" salino. Esta sal se calienta con los rayos del sol a 565 °C, y el calor se almacena y luego se utiliza para convertir agua en vapor y para operar generadores que producen electricidad.
Los espejos se llaman heliostatos porque cada uno de ellos puede inclinarse y girar para dirigir su rayo de luz con precisión. Dispuestos en círculos concéntricos, enfocan la luz solar en un "receptor" en la parte superior de la torre central. La torre en sí no brilla, el receptor es de color negro mate. El efecto de resplandor se produce precisamente debido a la concentración de los rayos solares que calientan el recipiente. La sal caliente fluye hacia un tanque de acero inoxidable con una capacidad de 16,000 m³.
Heliostato
La sal, que a estas temperaturas se ve y fluye casi igual que el agua, pasa a través de un intercambiador de calor para generar vapor para operar un generador de turbina estándar. El tanque contiene suficiente sal fundida para operar el generador durante 10 horas. Esto equivale a 1100 megavatios-hora de almacenamiento, o casi 10 veces más que los sistemas de baterías de iones de litio más grandes que se han instalado para almacenar energía renovable.
Un camino difícil
A pesar del potencial de la idea, no se puede decir que SolarReserve haya tenido éxito. En muchos sentidos, la empresa ha permanecido como una startup. Aunque una startup enérgica y vibrante en todos los sentidos. De hecho, lo primero que verás al mirar hacia la planta Crescent Dunes es la luz. Tan brillante que es difícil de mirar. La fuente de luz es la torre de 195 metros, que se eleva orgullosamente sobre los desiertos de Nevada, aproximadamente a mitad de camino entre la pequeña ciudad de Reno y Las Vegas.
Cómo se veía la planta en diferentes etapas de construcción
Año 2012, inicio de la construcción
Año 2014, el proyecto está casi completo
Diciembre de 2014, Crescent Dunes casi listo para entrar en operación
Planta terminada
A aproximadamente una hora en coche de aquí se encuentra la famosa Área 51, una instalación militar secreta que este verano fue amenazada de asalto en toda la internet, con el fin de "salvar" a los extraterrestres de las garras del gobierno estadounidense. Esta cercanía provoca que los viajeros, al ver una luz inusualmente brillante, a menudo pregunten a los lugareños si han presenciado algo extraordinario o incluso extraterrestre. Y luego se decepcionan sinceramente al descubrir que es solo una planta solar rodeada de un campo de espejos de casi 3 km de ancho.
La construcción de Crescent Dunes comenzó en 2011 gracias a préstamos del gobierno e inversiones de NV Energy, la principal compañía de servicios públicos de Nevada. La planta de energía fue completada en 2015, aproximadamente dos años después de lo previsto. Pero incluso después de la construcción, no todo fue fácil. Por ejemplo, en los primeros dos años, las bombas y transformadores para los heliostatos, que eran insuficientemente potentes, a menudo fallaban y no funcionaban adecuadamente. Por lo tanto, la potencia de salida en Crescent Dunes fue inferior a la planificada durante los primeros años de operación.
También hubo otra dificultad: las aves. Al quedar atrapadas en el "punto de mira" de la luz solar concentrada, los desafortunados pájaros . Según los representantes de SolarReserve, sus plantas han logrado evitar la "cremación" regular y masiva de aves. Junto con varias organizaciones nacionales, se elaboró un plan especial para mitigar cualquier amenaza potencial para la planta. 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 la fuga en el tanque de almacenamiento de sal caliente, detectada a finales de 2016. Según la tecnología, un enorme anillo, apoyado en pilotes en el fondo del tanque, distribuye la sal fundida a medida que llega del receptor. Los pilotes debían estar soldados al suelo, y el anillo necesitaba suficiente juego, ya que los cambios de temperatura provocan la expansión/contracción de los materiales. En cambio, debido a un error de ingeniería, todo fue soldado firmemente junto. Como resultado, con los cambios de temperatura, el fondo del tanque se deformaba y perdía.
La fuga de sal fundida en sí misma no representa un gran peligro. Al entrar en contacto con la capa de grava debajo del tanque, la sal fundida se enfrió de inmediato y se convirtió en sal. Sin embargo, la parada de la planta eléctrica se extendió durante ocho meses. Se investigaron las causas de la fuga, los responsables del incidente, las consecuencias de la emergencia y otros temas.
Pero los problemas de SolarReserve no terminaron aquí. La producción de la planta fue más baja de lo planificado en 2018, con un coeficiente de potencia promedio del 20,3% en comparación con el coeficiente de potencia planificado del 51,9%. Como resultado, el Laboratorio Nacional de Energía Renovable de EE. UU. (NREL) inició una investigación de 12 meses sobre los costos del proyecto CSP, enfocándose en problemas de rendimiento y gastos imprevistos. En consecuencia, primero la empresa fue demandada y se le obligó a cambiar su dirección, y en 2019 se vio forzada a admitir su .
Esto no es el final.
Pero incluso esto no puso fin al desarrollo de la tecnología. Hay proyectos similares en otros países. Por ejemplo, se utilizan tecnologías similares en el parque solar Mohammed bin Rashid Al Maktoum, la red de plantas solares más grande del mundo, reunidas en un solo lugar en Dubái. O, por ejemplo, Marruecos. Allí hay aún más días soleados que en EE. UU., por lo que la eficiencia de la planta debería ser mayor. Y los primeros resultados muestran que efectivamente es así.
La torre CSP Noor III de 150 MW en Marruecos superó las metas de rendimiento y almacenamiento en los primeros meses de operación. Además, los costos de financiamiento de los proyectos de almacenamiento de energía en la torre están en línea con las previsiones, asegura Xavier Lara, consultor sénior de CSP del grupo de ingeniería Empresarios Agrupados (EA).
Planta eléctrica Noor III
Inaugurada en diciembre del año pasado, la planta Noor III demuestra un rendimiento notable. Noor III, instalada por la española SENER y la empresa constructora china SEPCO, es la planta de torre más grande en operación del mundo y la segunda en integrar la tecnología de almacenamiento de sal fundida.
Los expertos consideran que los datos tempranos y confiables sobre el rendimiento de Noor III en cuanto a la producción, flexibilidad de generación e integración de almacenamiento deberían reducir los problemas de fiabilidad de las torres CSP y del almacenamiento, además de disminuir el costo de capital para futuros proyectos. En China, el gobierno ya ha anunciado un programa para crear 6000 MW de CSP con almacenamiento. SolarReserve se está asociando con la empresa estatal Shenhua Group, que se dedica a la construcción de plantas de energía a base de carbón, para desarrollar 1000 MW de producción de CSP con sal fundida. Pero, ¿se seguirán construyendo tales torres de almacenamiento en el futuro? Esa es la pregunta.
Sin embargo, hace unos días, la empresa Heliogen, propiedad de Bill Gates, anunció un avance en el uso de energía solar concentrada. Heliogen logró elevar la temperatura de 565 °C a 1000 °C. Esto abre la posibilidad de utilizar energía solar en la producción de cemento, acero y productos petroquímicos.
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Una planta de energía de sal líquida es
Una tecnología moribunda
Una dirección prometedora
Al principio, una tontería
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Fuente: habr.com
