Seminario de Gestión Ambiental EL ALMACENAMIENTO DE LA ELECTRICIDAD Barcelona ,7 de abril de 2014
Almacenar electricidad en sales fundidas Dr. Esther Rojas Sistemas Solares de Concentración, CIEMAT-PSA e-mail:
[email protected]
CIEMAT Organismo Público de Investigación I + D + i en las distintas fuentes de energía y su impacto en el medio ambiente Datos* •
1500 trabajadores
•
Presupuesto: 91.7 M€
•
Ingreso por actividades: 43,6 M€
www.ciemat.es (*) Referentes a 2010
2
Almacenar electricidad en las sales fundidas Barcelona, Abril de 2014
1
Ciemat - Centros territoriales
Centro de Desarrollo de Energías Renovables
Centro de Investigación Socio-Técnica
Centro Extremeño de Tecnologías Avanzadas
Centro Internacional de Estudios de Derecho Ambiental 3
Almacenar electricidad en las sales fundidas Barcelona, Abril de 2014
Plataforma Solar de Almería • Creada como consecuencia de la primera crisis del petróleo de 1973 • Inaugurada en 1981 y fundada por varios socios: Alemania, Austria, Bélgica, Estados Unidos, Grecia, España, Italia, Suiza y Suecia • Laboratorio de ensayo a tamaño real en el desierto de Tabernas
•
Pertenece al Gobierno de España
Instalación más completa del mundo para para el ensayo de aplicaciones de la radiación solar concentrada
www.psa.es
4
Almacenar electricidad en las sales fundidas Barcelona, Abril de 2014
2
Energía solar térmica de concentración Radiación solar directa Concentrador óptico
Radiación solar concentrada Producción H2 RECEPTOR
Reactor
Desaladora
Calor
Almacenamiento térmico
Proceso industrial
Turbina
Calor sensible Calor latente Calor de reacción
Producción de electricidad
CENTRALES TERMOSOLARES
Agua potable
5
Almacenar electricidad en las sales fundidas Barcelona, Abril de 2014
Sistemas de concentración solar para la producción del electricidad Sistemas de receptor central o torre
Captadores cilindro parabólicos
Captadores Fresnel
PROCESO
Discos parabólicos o Stirling
PROCESO 6 Almacenar electricidad en las sales fundidas Barcelona, Abril de 2014
3
Tener almacenamiento térmico implica… •
Independizar la producción energética del recurso solar – Extender el tiempo de producción E.Termosolar==Energía GESTIONABLE – Transitorios
•
Favorecer la producción energética en condiciones nominales – aumentar el rendimiento anual del bloque de potencia
•
Aumentar el campo solar y añadir un nuevo subsistema – Aumento de la inversion inicial de la planta – Aumento de la sobreproducción en verano
Almacenar electricidad en las sales fundidas Barcelona, Abril de 2014
Almacenamiento térmico: funcionamiento
Proceso Proceso de descarga carga
HTF
HTF
Bloque de potencia (P, T, )
Sistema Sistema de de almacenamiento almacenamiento térmico térmico
HTF
HTF HTF
Almacenar electricidad en las sales fundidas Barcelona, Abril de 2014
4
50MW con versus 100MW sin
Relloso y Gutierrez, 2008 Almacenar electricidad en las sales fundidas Barcelona, Abril de 2014
140
Simulacion de una planta de cilindroparábolicos de 125 MWe sin
120
80
60
40
140 20
120 0 20
30
40
50
60
70
80
90 100
Ambient temperature, F
y con almacenamiento de 9 horas
Net plant output, MWe
Net plant output, MWe
100
100
80
60
40
20
0 20
30
40
50
60
70
80
90
100
Ambient temperature, F
Almacenar electricidad en las sales fundidas Barcelona, Abril de 2014
5
Almacenamiento en sales fundidas •
Sales fundidas: – Sal solar: 60% NaNO3+ 40% KNO3 – Otras: nitritos, carbonatos, etc
•
La energía se almacena en forma de calor sensible, i.e., existe un cambio de temperatura en el medio material de almacenamiento energético
•
El calor sensible depende de – el cambio de temperatura,
T
– la capacidad térmica del medio,
·cp
11 Almacenar electricidad en las sales fundidas Barcelona, Abril de 2014
¿Por qué sales fundidas? •
Alta capacidad térmica – sal solar (60%NaNO3+40%KNO3): ~2800 kJ/m3 ºC – hormigón: ~2000 kJ/m3 ºC – aceite sintético: ~ 1900 kJ/m3 ºC – agua: ~ 4200 kJ/m3 ºC
•
Baja presión de vapor – Trabajan a presión atmosférica – el agua ha de estar presurizada: 30bar/230ºC; 100bar/311ºC
•
Medio seguro (no explosivo, no contaminante)
•
Experiencia previa en Solar Two (EEUU, 105 MWh) 12 Almacenar electricidad en las sales fundidas Barcelona, Abril de 2014
6
Sistema de doble tanque aceite sintético en el campo solar 50MWe 7.5 h almacenamiento en sales fundidas
Fuente: Flagsol
Generación eléctrica + Carga del almacenamiento
13
Almacenar electricidad en las sales fundidas Barcelona, Abril de 2014
Centrales termosolares en España con CCPs Extresol 1, 2 y 3 • • • •
Complejo Andasol
Tecnología de Cilindroparabólicos : 50 MWe HTF: aceite VP1 (293º-393ºC) Almacenamiento indirecto: 7.5 h, sales fundidas en 2 tanques
14
Almacenar electricidad en las sales fundidas Barcelona, Abril de 2014
7
Torre con receptor de sales GEMASOLAR • Fuentes de Andalucía (Sevilla) • Torresol Energy • 20 MWe • Tecnología de Torre (140m) : • Campo circular (2600), 120 m2/helióstato • HTF: sales fundidas (290º-565ºC) • Almacenamiento directo: 15 h, 2 tanques
http://www.torresolenergy.com/TORRESOL/inicio/es
15
Almacenar electricidad en las sales fundidas Barcelona, Abril de 2014
Centrales termosolares en España (II)
http://www.protermosolar.com/
16
Almacenar electricidad en las sales fundidas Barcelona, Abril de 2014
8
Termosolar en el resto del mundo http://www.nrel.gov/csp/solarpaces/by_country.cfm
Crescent Dunes Solar Energy Project •Nevada (EEUU) •Solar Reserve's Tonopah Solar Energy, LLC •110 MWe •Tecnología de Torre (165 m) : Campo circular (17.170) , 62 m2/helióstato •HTF: sales fundidas (287º-565ºC) •Almacenamiento directo: 10 h, 2 tanques
Solana Generating Station •Arizona (EEUU) •Abengoa Solar •250 MWe •Tecnología de cilindroparabólicos: 808 lazos, 2.200.000 m2 •HTF: aceite VP1 (290º-380ºC) •Almacenamiento indirecto: 6 h, sales fundidas 2 tanques
http://www.solarreserve.com/what-we-do/csp-projects/crescent-dunes/
http://www.abengoasolar.com/
17
Almacenar electricidad en las sales fundidas Barcelona, Abril de 2014
Conclusions
La producción de energía eléctrica con tecnologia solar de concentración es totalmente gestionable gracias a sistemas de almacenamiento en sales fundidas Los sistemas de doble tanque con sales fundidas son comerciales en la actualidad A fecha de hoy, las empresas españolas son líderes mundiales en el diseño, construcción, operación y mantenimiento de este tipo de sistemas.
Almacenar electricidad en las sales fundidas Barcelona, Abril de 2014
9
Almacenar electricidad en las sales fundidas Barcelona, Abril de 2014
10