12 febrero 2010

Evaluación de la rentabilidad del almacenamiento de la energía térmica en la tecnología CSP

La energía solar de concentración (CSP) es una de las tecnologías de energías renovables más prometedoras para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y por su rápida capacidad de expansión. También es una de las tecnologías más competitivas en precio, gracias en gran medida a décadas de experiencia de campo y a consistentes mejoras en el diseño. Una de las características de diseño clave que hacen más atractiva esta tecnología que otras como la fotovoltaica o la eólica, es su potencial para incluir almacenamiento de energía térmica eficiente y a un coste relativamente bajo. De esta forma se puede dar uniformidad a las fluctuaciones diarias de producción de electricidad y extender el uso de la energía al periodo nocturno.
National Renewable Energy Laboratory (NREL) ha acometido el estudio en el ciclo de vida (LCA) de plantas CSP modernas, comenzando con el estudio de diseño de colectores parabólicos. En estos estudios a lo largo de todo el ciclo de vida. El método empleado para realizar estudios LCA se realiza según el standard ISO 14040-44, y se aplicó al estudio del impacto medioambiental del ciclo de vida de dos diseños TES: sal fundida indirecta en dos tanques y termoclina indirecta
Para poner la carga ambiental del sistema TES en perspectiva, se consideró un LCA con un sistema de sal fundida indirecta en dos tanques en una planta CSP de colector parabólico donde el componente TES supone aproximadamente el 40 % de las emisiones de gases de efecto invernadero (GHG) de la planta. Ya que las emisiones asociadas con la construcción de la planta, operación y desmantelamiento son generalmente en tecnologías renovables, este análisis se enfocó estimando las emisiones en la producción de los materiales usados en el sistema TES.
Una planta CSP que utiliza calor por transferencia indirecta de un sistema TES, require un intercambiador de calor con un fluido de transferencia de calor del campo solar (HTF) a las sales fundidas binarias del sistema TES vía varios intencambiadores de calor.
El tanque frío recibe el calor desde el HTF del campo solar y lo transporta al "tanque caliente" vía otra serie de intercambiadores de calor. El tanque caliente almacena la energía térmica para generar energía más tarde en el día. Un sistema TES de termoclina es una alternativa atractiva porque reemplaza los tanques calientes y fríos con un gradiente térmico dentro de un simple tanque que significativamente reduce la cantidad de materiales requeridos para la misma cantidad de almacenaje térmico. Una ventaja adicional es que el diseño del ternoclina puede reemplazar mucha sal fundida más cara con roca cuarcítica de bajo coste y material rellenador de arena.
El LCA que estudiamos en este artículo se basa en una especificación de coste detallada para una planta CSP de 50 MWe con seis horas de almacenaje térmico de sal fundida, que utiliza una configuración indirecta de dos tanques. Esta especificación de coste, y subsiguiente conversación con el autor, revela bastante información para estimar pesos de materiales (acero reforzado, hormigón, etc.) usado en todos los componentes de sistemas TES de dos tanques especificados.
Los resultados del análisis del coste en el ciclo de vida de ambas soluciones fueron las siguientes:
  • Para el sistema de dos tanques se estiaron emisiones de 17.100 de MTCO2.
  • Para el termoclina las emisiones fueron la mitad que para el sistema de dos tanques: 7890 MTCO2.

La reducción del inventario de sal asociado con un diseño de termoclina reduce los costes de almacenaje y las emisiones de gas invernadero en el ciclo de vida.

Bibliografía: Life Cycle Assessment of Thermal Energy Storage: Two-Tank Indirect and Thermocline. National Renewable Energy Laboratory

Palabras clave: Concentrating solar power (CSP), thermal energy storage (TES), solar through, head tranfer fluid (HTF)

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