La extracción y aprovechamiento de la energía solar es uno de los logros humanos más importantes en materia energética. La principal dificultad ahora no reside ni siquiera en recoger la energía solar, sino en su almacenamiento y distribución. Si se puede resolver este problema, se podrán retirar las industrias tradicionales de combustibles fósiles.
SolarReserve es una empresa que propone utilizar sales fundidas en plantas de energía solar y está trabajando en una solución alternativa a los problemas de almacenamiento. En lugar de utilizar la energía solar para generar electricidad y luego almacenarla en paneles solares, SolarReserve propone redirigirla a dispositivos de almacenamiento térmico (torres). La torre de energía recibirá y almacenará energía. La capacidad de la sal fundida para permanecer en forma líquida la convierte en un medio de almacenamiento térmico ideal..
El objetivo de la empresa es demostrar que su tecnología puede hacer de la energía solar una fuente de energía asequible que funcione las 566 horas del día (como cualquier central eléctrica de combustibles fósiles). La luz solar concentrada calienta la sal en la torre a XNUMX°C, que se almacena en un tanque aislado gigante hasta que se utiliza para crear vapor para hacer funcionar la turbina.
Sin embargo, lo primero es lo primero.
principio
El tecnólogo jefe de SolarReserve, William Gould, ha pasado más de 20 años desarrollando tecnología CSP (energía solar concentrada) de sales fundidas. En la década de 1990, fue director de proyecto de la instalación de demostración Solar Two, financiada por el Departamento de Energía de Estados Unidos, en el desierto de Mojave. Una década antes, se probó allí una estructura que confirmó los cálculos teóricos sobre la posibilidad de generar energía comercial mediante helióstatos. El desafío de Gould era desarrollar un diseño similar que utilizara sal calentada en lugar de vapor y encontrar evidencia de que se podía conservar la energía.
A la hora de seleccionar un contenedor para almacenar sal fundida, Gould vaciló entre dos opciones: un fabricante de calderas con experiencia en centrales eléctricas tradicionales de combustibles fósiles, y Rocketdyne, que fabricaba motores de cohetes para la NASA. La elección se hizo a favor de los científicos espaciales. En parte porque Gould había trabajado al principio de su carrera como ingeniero nuclear para el gigante de la construcción Bechtel, trabajando en los reactores San Onofre de California. Y creía que no encontraría una tecnología más fiable.
La boquilla de un motor a reacción, de la que escapan los gases calientes, consta en realidad de dos carcasas (interior y exterior), en cuyos canales fresados se bombean los componentes del combustible en fase líquida, enfriando el metal y evitando que la boquilla se derrita. La experiencia de Rocketdyne en el desarrollo de dispositivos similares y en el trabajo en metalurgia de alta temperatura resultó útil a la hora de desarrollar tecnología para utilizar sales fundidas en una planta de energía solar.
El proyecto Solar Two de 10 MW funcionó con éxito durante varios años y fue cerrado en 1999, lo que confirmó la viabilidad de la idea. Como admite el propio William Gould, el proyecto tenía algunos problemas que debían solucionarse. 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 única diferencia está en la escala de la estación.
La ventaja de la tecnología de sales fundidas es que permite entregar energía según la demanda, no sólo cuando brilla el sol. La sal puede retener calor durante meses, por lo que un día nublado ocasional no afecta la disponibilidad de electricidad. Además, las emisiones de la planta de energía son mínimas y, por supuesto, no se crean residuos peligrosos como subproducto del proceso.
Principios de trabajo
La planta de energía solar utiliza 10 espejos (helióstatos) repartidos en 347 hectáreas (el tamaño de más de 647,5 campos de fútbol) para concentrar la luz solar en una torre central, de 900 metros de altura y llena de sal. Esta sal se calienta con los rayos del sol a 195°C y el calor se almacena y luego se utiliza para convertir el agua en vapor y hacer funcionar generadores para producir electricidad.
Los espejos se llaman helióstatos porque cada uno puede inclinarse y girar para dirigir con precisión su haz de luz. Dispuestos en círculos concéntricos, enfocan la luz del sol hacia un "receptor" en la parte superior de la torre central. La torre en sí no brilla; el receptor es negro mate. El efecto resplandor se produce precisamente debido a la concentración de la luz solar que calienta el recipiente. 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 de manera muy similar al agua a estas temperaturas, pasa a través de un intercambiador de calor para producir vapor para hacer funcionar un turbogenerador estándar. El tanque contiene suficiente sal fundida para hacer funcionar 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.
Duro camino
A pesar de lo prometedor de la idea, no se puede decir que SolarReserve haya logrado el éxito. En muchos sentidos, la empresa siguió siendo una startup. Aunque la startup es enérgica y brillante en todos los sentidos. Después de todo, lo primero que ves cuando miras hacia la central eléctrica de Crescent Dunes es luz. Tan brillante que es imposible mirarlo. La fuente de luz es una torre de 195 metros que se eleva orgullosamente sobre los territorios desérticos de Nevada, aproximadamente a medio camino entre la pequeña ciudad de Reno y Las Vegas.
Cómo se veía la central eléctrica en las diferentes etapas de construcción
2012, inicio de la construcción.
2014, el proyecto está a punto de finalizar.
Diciembre de 2014, Crescent Dunes está casi listo para su uso.
Estación lista
A aproximadamente una hora en coche desde aquí se encuentra la famosa Área 51, una instalación militar secreta que este verano todo Internet amenazó con asaltar para “salvar” a los extraterrestres de las manos del gobierno estadounidense. Esta proximidad lleva al hecho de que los viajeros que ven un brillo inusualmente brillante a veces preguntan a los residentes locales si han presenciado algo inusual o incluso extraño. Y luego se enojan sinceramente al saber que se trata simplemente de una planta 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 la central eléctrica se construyó en 2015, unos dos años más tarde de lo previsto. Pero incluso después de la construcción, no todo salió bien. Por ejemplo, en los dos primeros años, las bombas y los transformadores de helióstatos, 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 de operación.
Había otra dificultad: con los pájaros. Al caer bajo la “vista” de la luz solar concentrada, el desafortunado pájaro . Según representantes de SolarReserve, su central eléctrica logró evitar la “cremación” masiva y regular de aves. Se desarrolló un plan especial en conjunto con varias organizaciones nacionales para mitigar cualquier amenaza potencial a la central eléctrica. Este programa fue aprobado en 2011 y está diseñado para reducir los riesgos potenciales para aves y murciélagos.
Pero el mayor problema para Crescent Dunes fue una fuga en un tanque de almacenamiento de sal caliente descubierta a finales de 2016. La tecnología utiliza un anillo gigante sostenido por pilones en el fondo del tanque para distribuir la sal fundida a medida que fluye desde un receptáculo. Los propios pilones debían soldarse al suelo y el anillo debía poder moverse a medida que los cambios de temperatura provocaban que los materiales se expandieran o contrajeran. En cambio, debido a un error de los ingenieros, todo se soldó firmemente. Como resultado, con los cambios de temperatura, el fondo del tanque se hundió y goteó.
La fuga de sal fundida en sí no es particularmente peligrosa. Cuando golpeó la capa de grava debajo del tanque, la masa fundida se enfrió inmediatamente y se convirtió en sal. Sin embargo, el cierre de la central eléctrica se prolongó durante ocho meses. Se estudiaron las causas de la fuga, los responsables del incidente, las consecuencias de la emergencia y otras cuestiones.
Los problemas de SolarReserve no terminaron ahí. El rendimiento de la planta cayó por debajo del objetivo en 2018, con un factor de capacidad promedio del 20,3% en comparación con un factor de capacidad planificado del 51,9%, C. Como resultado, el Laboratorio Nacional de Energía Renovable de EE. UU. (NREL) inició un estudio de costos de 12 meses de duración. el PEP del proyecto, centrándose en problemas de rendimiento y costos inesperados. Como resultado, la empresa fue primero demandada y obligada a cambiar de dirección, y en 2019 se vio completamente obligada a admitir su .
aún no ha terminado
Pero ni siquiera esto puso fin al desarrollo de la tecnología. Después de todo, existen proyectos similares en otros países. Por ejemplo, se utilizan tecnologías similares en el parque solar Mohammed bin Rashid Al Maktoum, la red de plantas de energía solar más grande del mundo, unidas en un solo espacio en Dubai. O, digamos, Marruecos. Allí hay incluso más días soleados que en EE.UU., por lo que la eficiencia de la central eléctrica debería ser mayor. Y los primeros resultados muestran que efectivamente es así.
La torre CSP Noor III de 150 MW en Marruecos superó los objetivos de rendimiento y capacidad de almacenamiento en sus primeros meses de funcionamiento. Y el coste de financiar proyectos de almacenamiento de energía en torres está en línea con las proyecciones esperadas, asegura Xavier Lara, consultor senior de CSP Engineering Group Empresarios Agrupados (EA).
Central eléctrica Noor III
La central eléctrica Noor III, que entró en servicio en diciembre del año pasado, ha demostrado un rendimiento notable. Noor III, instalada por la española SENER y la constructora energética china SEPCO, es la planta de torre operativa más grande del mundo y la segunda que integra tecnología de almacenamiento en sales fundidas.
Los expertos creen que los sólidos datos iniciales de rendimiento de Noor III sobre rendimiento, flexibilidad de generación e integración de almacenamiento deberían reducir los problemas de confiabilidad de almacenamiento y torres de CSP y reducir el costo de capital para proyectos futuros. En China, el gobierno ya ha anunciado un programa para crear 6000 MW de CSP con almacenamiento. SolarReserve se está asociando con el grupo estatal Shenhua, que construye plantas de energía alimentadas con carbón, para desarrollar 1000 MW de generación de sales fundidas CSP. ¿Pero se seguirán construyendo torres de almacenamiento de este tipo? Pregunta.
Sin embargo, el otro día, la empresa Heliogen, propiedad de Bill Gates, anunció su gran avance en el uso de energía solar concentrada. Heliogen pudo aumentar la temperatura de 565°C a 1000°C. Abriendo así la posibilidad de utilizar la energía solar en la producción de cemento, acero y productos petroquímicos.
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La planta de energía de sal líquida es
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Tecnología moribunda
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Dirección de perspectiva
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Inicialmente una tontería
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Fuente: habr.com