Proyecto de investigación
Almacenamiento Termoquímico Hibrido de Energia Solar Concentrada
Responsable: José Manuel Valverde Millán
Tipo de Proyecto/Ayuda: Plan Estatal 2013-2016 Retos - Proyectos I+D+i
Referencia: CTQ2014-52763-C2-2-R
Fecha de Inicio: 01-01-2015
Fecha de Finalización: 31-12-2018
Empresa/Organismo financiador/es:
- Ministerio de Economía y Competitividad
Socios:
- Agencia Estatal Consejo Superior de Investigaciones Científicas (Luis Pérez Maqueda)
Equipo:
- Equipo de Investigación:
- Equipo de Trabajo:
- Paola Ammendola
- Riccardo Chirone
- J. Ruud Van Ommen
- Santiago Medina Carrasco (alta: 01/01/2017)
- Contratados:
- Mónica Benítez Guerrero (alta: 01/01/2016 - baja: 31/12/2017)
Contratados:
- Investigadores:
- Mónica Benítez Guerrero
- Carlos Ortíz Domínguez
Resumen del proyecto:
Actualmente existen proyectos dentro de los prgramas Sunshot (USA) y FP7 (UE) en los que se analiza la viabilidad de lechos fluidizados de sólidos granulados para el almacenamiento químico de energía solar concentrada. Uno de los materiales considerados es la caliza natural (CaCO3), abundante y barata. Usando una mezcla CO2/aire en porcentajes relativos adecuados a las temperaturas de trabajo (600ºC-900ºC) se descarbonataría el CaCO3 mediante reacción endotérmica en períodos de elevada irradiación o se carbonataría el CaO liberando calor cuando la temperatura descendiese por debajo de un cierto valor.
Mediante la variación del %CO2 en el gas de fluidización se provocarían las reacciones de descarbonatación-carbonatación según se desee reducir o aumentar la temperatura del lecho en función de la intensidad de radiación solar y de la demanda. Este control ayudaría a paliar el efecto de la variabilidad de la intensidad de radiación solar sobre la transferencia de calor al ciclo de vapor para la producción de corriente eléctrica. Además de tratarse de un almacenamiento de energía sin pérdidas, la densidad energética del CaCO3 (~1 MWhr/m3) es mayor que la de las sales fundidas actualmente empleadas en plantas comerciales (0.25-0.40 MWhr/m3), siendo además la caliza un material no corrosivo, no degradable y que permitiría operar a mayores temperaturas y aumentar así la eficiencia de conversión termoeléctrica. No obstante, la fluidización de la caliza es altamente heterogénea, formándose canales de gas y agregados no fluidizables en el lecho que reducirían en gran medida la transferencia térmica, la eficacia de contacto sólido/gas y por tanto el grado de conversión. Por otra parte, se han puesto en marcha plantas piloto basadas en almacenamiento térmico en lechos fluidizados de sólidos granulados inertes de alta capacidad calorífica como la arena o el carburo de silicio que presentan un estado de fluidización uniforme con alta transferencia térmica.
Estos sistemas poseen inevitables pérdidas térmicas y son necesarios grandes volúmenes para garantizar el suministro de calor al ciclo de vapor en períodos de baja radiación. Nuestro proyecto se basa en complementar de manera sinérgica las ventajas del almacenamiento térmico en lechos fluidizados de sólidos inertes con el químico mediante lechos fluidizados de mezclas de sólidos inertes fluidizables con otros basados en CaO (arena y caliza naturales por ejemplo). En nuestro trabajo evaluaremos la transferencia y almacenamiento de energía solar concentrada de estos sistemas híbridos. El plan de trabajo contemplará acotar las condiciones óptimas de concentración de CO2 en el gas de fluidización y proporción de arena/caliza en función de la temperatura para las que la eficacia de almacenamiento se viera optimizada. Estudiaremos las propiedades físicas y químicas de mezclas de arena/caliza y los parámetros físicos que favorezcan la transferencia y almacenamiento de calor en función de la intensidad de la radiación solar. Así mismo se explorarán métodos de estabilización térmica del CaO con el objeto de incrementar la reversibilidad de carbonatación/calcinación en condiciones prácticas. De manera paralela se desarrollará un modelo termodinámico que incluya aquellos procesos que afectan a la eficiencia energética del mismo y sirva para establecer parámetros óptimos de operación con el objetivo final de transferencia al sector tecnológico para lo que se contará con el apoyo de Abengoa Solar.
