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Partículas sólidas para aprovechar mejor la energía solar

En un trabajo de investigación financiado por la Unión Europea, se sustituyeron las sales fundidas convencionales de las tecnologías solares por una suspensión de partículas sólidas que puede capturar y almacenar calor a mayor temperatura.
Partículas sólidas para aprovechar mejor la energía solar
Una muy buena energía renovable alternativa es la energía solar, que permite atenuar el impacto negativo que producen las emisiones de dióxido de carbono sobre el medio ambiente. La energía solar concentrada (ESC) utiliza espejos para concentrar la luz solar y capturarla como calor, el cual puede accionar un motor o una turbina. Una de las ventajas principales de la ESC sobre las tecnologías de generación de electricidad renovables —muy inconstantes—, como la fotovoltaica y la eólica, es la capacidad de suministrar electricidad a voluntad gracias al almacenamiento térmico. Sin embargo, para producir electricidad de forma competitiva, es preciso mejorar la eficiencia y el coste de las plantas de ESC. Una vía posible para mejorar el rendimiento de la ESC pasa por elevar la temperatura funcional del fluido de transferencia de calor (FTC) y del medio de almacenamiento.

En el seno del proyecto financiado con fondos europeos CSP2 (Concentrated solar power in particles), los científicos propusieron un FTC alternativo, basado en una suspensión densa de partículas sólidas. Este puede funcionar a hasta 750 °C con una eficiencia del 70-90 %, de modo que supera notablemente a las plantas de ESC más modernas que emplean sales fundidas como FTC.

Los integrantes del consorcio han desarrollado y probado satisfactoriamente un receptor solar (en fase piloto) cuya capacidad térmica es de 100-150 kW y que se situó en el foco de la caldera solar de 1 MW del Centro Nacional de Investigación Científica (CNRS) de Francia. El lazo solar se probó durante 8 horas, siendo la tasa de caudal de entre 0,7 y 1,8 toneladas por hora. El receptor solar se componía de dieciséis tubos verticales de un metro de longitud por los que fluía verticalmente la suspensión densa de partículas gaseosas (DPS, siglas en inglés).

El FTC que fluye por los tubos es un DPS. Los tubos, dispuestos en forma de haz, son el absorbente solar (receptor), situado encima de un sistema de ESC receptor central. El nuevo FTC es totalmente seguro y no se solidifica a temperaturas bajas. Su comportamiento es como el de cualquier líquido, con la diferencia de que permite temperaturas de funcionamiento superiores a 550 ºC, de hasta 750 ºC. La fase sólida incluye cualquier partícula de mineral que resista altas temperaturas. Además, puede usarse como medio de almacenamiento de energía gracias a su buena capacidad térmica. Es posible producir, a bajos costes, grandes cantidades de partículas sin necesidad de desarrollar procesos químicos.

Los integrantes del proyecto también realizaron estudios a mayor escala, pensando en instalaciones de ESC industriales. Se efectuaron evaluaciones económicas que permitieron comparar esta nueva tecnología de DPS con la equivalente basada en sales fundidas.

La solución planteada en CSP2 de utilizar partículas sólidas en un receptor solar es una alternativa radical a la opción convencional de usar FTC líquidos o gaseosos. Las temperaturas elevadas precisan menos cantidad de material de transferencia de calor, y por tanto el DPS permite una configuración de central eléctrica que emplea ciclos termodinámicos de gran eficiencia, como CO2 supercrítico, y ciclos combinados, y que abarata los costes.

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Palabras clave

Partículas sólidas, energía solar concentrada, fluido de transmisión de calor, suspensión densa de partículas gaseosas, almacenamiento de energía térmica a alta temperatura
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