Fluidos de transferencia térmica: ¿A todo vapor?
En una búsqueda por aumentar el rendimiento de la planta de CSP, los fluidos de transferencia térmic
Andrew Williams
Según el consultor líder en energía solar Arik Ring, para la tecnología de torre energética, la "búsqueda" de una elevada temperatura está en marcha y Solgate es el primer proyecto de demostración de ciclo Brayton a elevada temperatura que emplea aire. La tecnología solar de ciclo Brayton ahora también la están promoviendo de manera activa Aora, Abengoa y DLR, así como CSIRO en Australia y Wilson Solar Power en EE. UU.
El sr. Ring cree que el fluido de transferencia térmica que se basa en aire "no tiene sentido" para los concentradores cilindroparabólicos pero admite que el uso de agua como fluido puede presentar algunas ventajas en estos sistemas. Entre ellas está que necesita menos cantidad para los intercambiadores térmicos, una temperatura de funcionamiento que posiblemente sea superior y un acceso a un fluido de funcionamiento barato.
Sin embargo, señala que es difícil y caro producir el vapor y el agua de doble fase. "Los intercambiadores térmicos para agua cuestan más y el agua es corrosiva. Además, la evaporación podría provocar picaduras y una presión elevada dentro de los tubos receptores, todavía tiene que demostrarse en una instalación comercial", añade.
Por otro lado, Greg Glatzmaier, que lidera el proyecto de almacenamiento térmico y fluidos de transferencia térmica de la CSP en el Laboratorio Nacional de Energías Renovables estadounidense, cree que para la tecnología cilindroparabólica el aceite sintético seguirá siendo el fluido de transferencia térmica que se escoja en un futuro próximo.
Él destaca que su uso está bien establecido y se ha demostrado a escala comercial. Menciona la nueva planta Solana en EE. UU. de Abengoa Solar, que funcionará con este nuevo fluido y empleará sales fundidas como fluido de almacenamiento.
"Para las torres energéticas, BrightSource Energy está construyendo el complejo Ivanpah Solar en California y empleará vapor directo como fluido en sus tres receptores. Veo al vapor directo y a las sales fundidas como los fluidos de transferencia térmica para las torres energéticas en un futuro próximo", señala.
"No conozco ninguna planta comercial planeada que vaya a utilizar aire", añade.
Aparte de los ejemplos bien documentados de Solarlite y Novatec Solar, Glatzmaier señala a otras dos empresas que están siguiendo el enfoque de generación directa de vapor: Hitite Solar Energi en Turquía y Areva en Francia. Hitite emplea un reflector cilindroparabólico que gira en torno al conducto receptor y así este conducto no se mueve. Esta disposición elimina la necesidad de las juntas esféricas que permiten el movimiento. Areva emplea un reflector Linear Fresnel con un conducto para el receptor. Esta geometría tampoco requiere que el receptor gire o se mueva.
"El principal asunto es demostrar que la generación directa de vapor es superior en un análisis tecnológico y económico general. Hay mejoras en la ingeniería, pero no grandes avances", añade Ring.
Limitaciones
Aunque el NREL todavía no ha investigado el uso de gases "subcríticos" como fluidos de transferencia térmica, según Glatzmaier, la principal limitación en el uso de aire como fluido en los receptores volumétricos a gran escala es la baja capacidad térmica volumétrica, que requiere que el diseño presente velocidades de flujo muy elevadas a través de los conductos y del receptor volumétrico. La ventaja es que, básicamente, no hay límites en la temperatura para el aire así que estos sistemas pueden operar a temperaturas muy elevadas.
Por su lado, Ring señala que, para el ciclo Brayton al menos, el fluido térmico para un gas es "inferior" en comparación con el líquido porque estos sistemas son muy sensibles a las reducciones de presión. Esto significa que deben funcionar de manera eficiente, con materiales que son menos propensos a las disminuciones de presión. "El ciclo Brayton requiere temperaturas elevadas, por tanto, requiere materiales caros", afirma.
Búsqueda de respuestas
Entonces, ¿cómo de cerca se está de resolver estos problemas? Según Craig Turchi, ingeniero sénior en el Programa de CSP del NREL, la generación directa de vapor en las torres energéticas está operando actualmente a escala comercial en España (Abengoa) y BrightSource pronto tendrá la primera torre energética comercial de vapor directo en EE. UU. Sin embargo, él no conoce ninguna planta comercial de energía con tecnología cilindroparabólica que vaya a emplear generación directa de vapor ni ninguna planta solar comercial planeada que vaya a utilizar aire como fluido.
"Sé que se ha investigado el aire y se sigue investigando en laboratorios de investigación europeos, incluido el DLR en Alemania", añade.
Por su parte, Ring señala que Aora emplea aire como fluido de transferencia térmica para su innovador "sistema de tulipán" en dos instalaciones en Israel y España. Además, indica, Southwest Solar tiene una instalación de demostración en Arizona y Abengoa actualmente está construyendo un proyecto a gran escala cerca de Sevilla.
Por tanto, incluso aunque el aceite sintético o mineral parece que va a seguir siendo el fluido de transferencia térmica que se escoja durante algún tiempo, ahora hay claros signos de que los sistemas que se basan en aire y generación directa de vapor están ganando terreno y es posible que surjan como una opción cada vez más viable en el futuro.
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