Generación de energía solar concentrada

A medida que Alemania cierra la energía nuclear, Japón se enfrenta a la reacción violenta sobre Fukushima y los gobiernos norteamericanos instituyen regulaciones ambientales que hacen que la generación de energía a base de carbón sea más costosa, el atractivo de explotar fuentes de energía alternativas naturales se vuelve aún mayor.

La generación de energía solar es un método preferido en latitudes con abundante luz solar, y ciertamente no es una tecnología nueva, pero el desafío con la tecnología fotovoltaica es el almacenamiento. Está bien tener toda esa energía mientras el sol está alto, pero ¿qué sucede cuando se pone el sol? El almacenamiento en baterías y otros dispositivos es muy costoso e ineficiente.

Con la energía solar térmica concentrada, el almacenamiento no es un problema tan grande porque la tecnología es básicamente como la de cualquier producción de energía generada por vapor y existen métodos probados para almacenar la energía térmica. En lugar de utilizar la radiación solar para generar energía eléctrica al convertir directamente la radiación solar en corriente eléctrica usando semiconductores, la energía solar térmica concentrada concentra la energía de la radiación solar para calentar el agua en vapor, que a su vez hace funcionar una turbina para generar energía.

Existen dos categorías diferentes de plantas termosolares concentradas. Las plantas térmicas de enfoque de línea generan calor de la luz solar concentrada mediante el uso de superficies espejadas en tuberías que transportan el fluido de transferencia de calor a los intercambiadores de calor. Los sistemas de enfoque puntual, o torres de energía, recolectan la luz solar de una serie de espejos dirigidos a un colector en una torre de energía. El colector puede utilizar sal fundida que luego se usa para calentar el agua para hacer girar las turbinas o tener agua que se calienta directamente y se convierte en vapor.

Desafíos técnicos y soluciones

Aunque parece bastante simple, todavía hay desafíos de ingeniería que los fabricantes de válvulas y controles deben superar al tratar con las sales fundidas y otros fluidos de transferencia de calor que se utilizan en el proceso. Otros desafíos tienen que ver con las variaciones en la presión y la temperatura debido a la cantidad de luz solar capturada y enfocada en los colectores.

En el caso de los sistemas de enfoque puntual, la sal fundida se sobrecalienta en la torre de potencia. Luego se alimenta por gravedad a un tanque de almacenamiento, donde se envía para ser utilizado para crear vapor, o se puede almacenar en el tanque. La sal fundida proporciona un medio excelente para concentrar y almacenar la energía térmica. Ya sea que se use de inmediato o se almacene, la sal fundida se controla mediante el uso de válvulas.

Hablamos con Bradford Haines, gerente principal de proyectos y experto en energía solar térmica en Flowserve, y le preguntamos sobre los requisitos especiales para este servicio. “Las válvulas utilizadas en las aplicaciones de sal fundida frecuentemente experimentan fluctuaciones extremas de temperatura, ya sea al abrirse y cerrarse en momentos indeterminados o debido a cambios en las condiciones de operación diurnas a nocturnas. Debido a los factores de tensión extrema impuestos sobre la válvula durante el evento de ciclo térmico, es fundamental que se seleccionen los materiales de construcción de la válvula adecuados. "Cada uno de los componentes de la válvula debe mostrar tasas de crecimiento similares durante el ciclo térmico para que la válvula funcione correctamente a través de la excursión térmica".

Bill D’Andrea, Gerente Regional del Oeste de DFT Inc., agregó. "En las torres de energía, con sal fundida, el acero inoxidable regular no funciona. Cuando hace mucho calor, también obtienes algunas secreciones sulfúricas, por lo que hay reacciones con el calor. Tienes que subir. En nuestro caso, utilizamos una válvula de retención asistida por resorte que no sea de impacto en Alloy 20 o Hastelloy C-276 ".

                  Imagen del copyright y cortesía de Flowserve.

Haines continuó: "Un desafío adicional es que la sal fundida tiene una tendencia a solidificarse cuando la temperatura de la sal cae por debajo del punto de fusión de la sal. Esto puede causar daños al sellado de componentes, sistemas de empaque y vástagos, especialmente en las áreas de bonete y empaque. Una solución a este problema es utilizar un sello metálico de fuelle para aislar el fluido del proceso en el cuerpo de la válvula donde permanece caliente, evitando que llegue al área de empaque. Además, se instalan sistemas de trazado de calor en la válvula para mantener la temperatura del cuerpo de la válvula por encima del punto de fusión de la sal, para eliminar la posibilidad de "congelación" y, posteriormente, bloquear la válvula ".

En el caso de las plantas de enfoque lineal, el proceso de recolección utiliza un fluido de transferencia de calor (HTF). El mismo HTF crea un desafío importante porque, si bien es excelente para acumular calor, también es una sustancia muy penetrante. Haines explicó: "Debido a la naturaleza de las soluciones de empaque estándar de HTF, no son adecuadas, por lo que hemos diseñado juegos de empaques especiales para fluidos de transferencia de calor que proporcionan un sellado más confiable incluso con los desafíos de los entornos de campo y los ciclos térmicos"

Si bien la recolección de calor es un desafío considerable para la planta de energía solar térmica, las válvulas utilizadas en la parte de vapor y agua de alimentación de la planta son como las que se utilizan en la mayoría de las plantas de energía y deben cumplir los mismos requisitos de alta presión y alta temperatura de ese proceso. .

Con la construcción de plantas termosolares en todo el mundo, este método de generación de energía podría ser muy importante para el crecimiento de la energía renovable. Más mejoras tecnológicas e innovaciones contribuirán a hacer que la energía solar sea competitiva con otras tecnologías de generación.