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Next GenerAtion MateriAls and Solid State DevicEs for Ultra High Temperature Energy Storage and Conversion

Información del proyecto

Identificador del acuerdo de subvención: 737054

Estado

Proyecto cerrado

  • Fecha de inicio

    1 Enero 2017

  • Fecha de finalización

    31 Diciembre 2019

Financiado con arreglo a:

H2020-EU.1.2.1.

  • Presupuesto general:

    € 3 270 496,25

  • Aportación de la UE

    € 3 270 496,25

Coordinado por:

UNIVERSIDAD POLITECNICA DE MADRID

Español ES

Análisis de los componentes clave del futuro para el almacenamiento de calor ultracaliente

Un proyecto europeo ha demostrado la viabilidad de un nuevo tipo de convertidor fotovoltaico termoiónico con un potencial enorme en campos que van desde el almacenamiento de energía hasta las energías renovables.

Energía
© StockStudio Aerials, Shutterstock

El almacenamiento de energía es un asunto candente en la carrera de la Unión Europea para lograr el objetivo de 2030 de por lo menos un 27 % de energías renovables en su consumo energético final. Una forma de energía renovable que concentra una mayor atención es la energía solar de concentración (ESC), en particular en la Hoja de ruta integrada del Plan Estratégico Europeo de Tecnología Energética. La ESC produce electricidad mediante la concentración de los rayos del sol para calentar un medio normalmente líquido o gaseoso. Este calor se utiliza después en un proceso con un motor térmico (vapor o turbina de gas) para impulsar un generador eléctrico. «Una forma barata de almacenar esta energía renovable variable es convertirla en calor, el cual se almacena y se convierte en electricidad según la demanda», señala Alejandro Datas, coordinador científico de AMADEUS. Este proyecto de investigación financiado con fondos europeos evaluó el almacenamiento y la conversión de energía a temperaturas ultraaltas.

Apoyo para la energía solar

La mayoría de los sistemas de almacenamiento de calor almacenan energía en sales fundidas o distintos tipos de partículas sólidas a temperaturas máximas de ~ 560 °C. Además, utilizan motores térmicos para volver a convertir este calor en electricidad. Esta tecnología es ampliamente utilizada en plantas de ESC, las cuales, en Europa, se encuentran actualmente en España. También se utiliza en baterías térmicas eléctricas más innovadoras o en técnicas de almacenamiento de electricidad en forma de calor que vuelven a convertir el calor en electricidad (PHPS, por las siglas de «power-to-heat-to-power storage») para aplicaciones de almacenamiento de energía eléctrica integrada en la red. Sin embargo, según Datas, profesor adjunto de Electrónica y Física Aplicada en la Universidad Politécnica de Madrid (UPM), los actuales sistemas de almacenamiento son problemáticos. Necesitan enormes cantidades de materiales para almacenar una cantidad importante de energía, es decir, alrededor de un metro cúbico de sales fundidas para almacenar 100 kWh. Además, son muy complejos debido a la necesidad de transferir y convertir energía térmica en electricidad: esto implica el uso de fluidos de transferencia de calor y piezas móviles (como bombas, válvulas, un motor térmico, etc.), lo cual resulta en importantes problemas de mantenimiento.

Más allá del silicio

El silicio podría utilizarse para el almacenamiento de electricidad, ya que puede almacenar enormes cantidades de energía (alrededor de 1 200 kWh por metro cúbico) cuando pasa de estado sólido a líquido a 1 414 °C. Denominado «calor latente», se trata de una forma de energía «oculta» que se suministra o extrae durante la fase de transformación. «El silicio presenta limitaciones, en particular, una expansión del 10 % durante la solidificación. Por lo tanto, AMADEUS examinó materiales y dispositivos de nueva generación que, además de permitir un almacenamiento de calor más seguro y con mayor densidad energética, permitan una conversión de energía térmica a eléctrica más eficiente. Y todo ello sin utilizar fluidos de transferencia de calor ni piezas móviles», explica Datas. El proyecto descubrió que una aleación eutéctica de boro, silicio y hierro podría ser un nuevo material de cambio de fase (MCF) perfecto. Y Datas añade: «La aleación posee un elevado calor latente que aumenta la densidad de energía del sistema. Casi no se expande al solidificar, por lo que no rompería el contenedor. Además, posee un punto de fusión moderado, inferior a los 1 200 °C. Hemos allanado el camino para una tecnología radicalmente nueva para la conversión de energía térmica a eléctrica a través de un prototipo de laboratorio de un nuevo dispositivo fotovoltaico termoiónico híbrido denominado TIPV». Al producir electricidad a partir de electrones y fotones, convierte el calor a alta temperatura directamente a potencias muy altas. Datas concluye: «En 2022, podríamos tener prototipos industriales de esta tecnología en funcionamiento para su uso en almacenamiento de energía térmica por calor latente (LHTES, por sus siglas en inglés), pero se necesitará apoyo normativo y financiero».

Palabras clave

AMADEUS, conversión, almacenamiento de energía térmica por calor latente, LHTES, material de cambio de fase, MCF, almacenamiento, temperatura, convertidor fotovoltaico termoiónico, TIPV

Información del proyecto

Identificador del acuerdo de subvención: 737054

Estado

Proyecto cerrado

  • Fecha de inicio

    1 Enero 2017

  • Fecha de finalización

    31 Diciembre 2019

Financiado con arreglo a:

H2020-EU.1.2.1.

  • Presupuesto general:

    € 3 270 496,25

  • Aportación de la UE

    € 3 270 496,25

Coordinado por:

UNIVERSIDAD POLITECNICA DE MADRID