"Sun in a box" almacenaría energía renovable para la red: Diseño para sistema que proporciona energía solar- o la energía eólica bajo demanda debería ser más barata que otras opciones líderes

Ingenieros del MIT han ideado un diseño conceptual de un sistema para almacenar energía renovable, como la energía solar y eólica, y devolver esa energía a una red eléctrica bajo demanda. El sistema puede estar diseñado para alimentar una ciudad pequeña no solo cuando sale el sol o el viento es fuerte, pero las 24 horas.

El nuevo diseño almacena el calor generado por el exceso de electricidad de la energía solar o eólica en grandes tanques de silicio fundido al rojo vivo., y luego convierte la luz del metal brillante nuevamente en electricidad cuando es necesario. Los investigadores estiman que dicho sistema sería mucho más asequible que las baterías de iones de litio., que se han propuesto como viables, aunque caro, metodo para almacenar energia renovable. También estiman que el sistema costaría aproximadamente la mitad que el almacenamiento hidroeléctrico por bombeo, la forma más barata de almacenamiento de energía a escala de red hasta la fecha..

Investigadores del MIT proponen un concepto para un sistema de almacenamiento renovable, en la foto aquí, que almacenaría energía solar y eólica en forma de silicio líquido al rojo vivo, almacenado en tanques fuertemente aislados. Imagen: Duncan MacGruer

“Incluso si quisiéramos operar la red con energías renovables en este momento, no podríamos, porque necesitaría turbinas de combustibles fósiles para compensar el hecho de que el suministro renovable no se puede enviar a pedido,” dice Asegún Henry, el Roberto N. Noyce Career Development Profesor Asociado en el Departamento de Ingeniería Mecánica. “Estamos desarrollando una nueva tecnología que, si tiene éxito, resolvería este problema tan importante y crítico en materia de energía y cambio climático, a saber, el problema del almacenamiento”.

Henry y sus colegas han publicado hoy su diseño en la revista Ciencias Energéticas y Ambientales.

Grabar temperaturas

El nuevo sistema de almacenamiento surge de un proyecto en el que los investigadores buscaron formas de aumentar la eficiencia de una forma de energía renovable conocida como energía solar concentrada.. A diferencia de las plantas solares convencionales que utilizan paneles solares para convertir la luz directamente en electricidad, la energía solar concentrada requiere vastos campos de enormes espejos que concentran la luz solar en una torre central, donde la luz se convierte en calor que finalmente se convierte en electricidad.

“La razón por la que la tecnología es interesante es, una vez que haces este proceso de enfocar la luz para obtener calor, puede almacenar calor mucho más barato que puede almacenar electricidad,Henry señala.

Las plantas termosolares almacenan el calor solar en grandes depósitos llenos de sales fundidas, que se calienta a altas temperaturas de aproximadamente 1,000 grados Fahrenheit. Cuando se necesita electricidad, la sal caliente se bombea a través de un intercambiador de calor, que transfiere el calor de la sal en vapor. Luego, una turbina convierte ese vapor en electricidad..

“Esta tecnología ha existido por un tiempo, pero la idea ha sido que su costo nunca será lo suficientemente bajo como para competir con el gas natural,Enrique dice. “Entonces hubo un impulso para operar a temperaturas mucho más altas, por lo que podría usar un motor térmico más eficiente y reducir el costo”.

sin embargo, si los operadores calentaran la sal mucho más allá de las temperaturas actuales, la sal corroería los tanques de acero inoxidable en los que se almacena. Entonces, el equipo de Henry buscó un medio diferente a la sal que pudiera almacenar calor a temperaturas mucho más altas.. Inicialmente propusieron un metal líquido y finalmente se decidieron por el silicio, el metal más abundante en la Tierra., que puede soportar temperaturas increíblemente altas de más de 4,000 grados Fahrenheit.

El año pasado, el equipo desarrolló una bomba que podía soportar un calor tan abrasador, y posiblemente podría bombear silicio líquido a través de un sistema de almacenamiento renovable. La bomba tiene la mayor tolerancia al calor registrada, una hazaña que se menciona en "El Libro Guiness de los Récords Mundiales". Desde ese desarrollo, el equipo ha estado diseñando un sistema de almacenamiento de energía que podría incorporar una bomba de alta temperatura de este tipo.

“Sol en una caja”

Ahora, los investigadores han esbozado su concepto para un nuevo sistema de almacenamiento de energía renovable, que llaman TEGS-MPV, para almacenamiento en red de energía térmica - energía fotovoltaica de unión múltiple. En lugar de usar campos de espejos y una torre central para concentrar el calor, proponen convertir la electricidad generada por cualquier fuente renovable, como la luz del sol o el viento, en energía térmica, a través del calentamiento por julios: un proceso por el cual una corriente eléctrica pasa a través de un elemento calefactor.

El sistema podría combinarse con los sistemas de energía renovable existentes, como las celdas solares, para capturar el exceso de electricidad durante el día y almacenarlo para su uso posterior. Considerar, por ejemplo, un pequeño pueblo de Arizona que obtiene una parte de su electricidad de una planta solar.

“Di que todos se van a casa del trabajo, encendiendo sus aires acondicionados, y el sol se esta poniendo, pero todavía hace calor,Enrique dice. "En ese punto, la fotovoltaica no va a tener mucha salida, entonces tendrías que haber almacenado parte de la energía de más temprano en el día, como cuando el sol estaba al mediodia. Ese exceso de electricidad podría enrutarse al sistema de almacenamiento que hemos inventado aquí”.

El sistema consistiría en una gran, fuertemente aislado, 10-tanque de un metro de ancho hecho de grafito y lleno de silicio líquido, mantenido a una temperatura “fría” de casi 3,500 grados Fahrenheit. Un banco de tubos, expuesto a elementos calefactores, luego conecta este tanque frío a un segundo, tanque "caliente". Cuando la electricidad de las células solares de la ciudad entra en el sistema, esta energía se convierte en calor en los elementos calefactores. mientras tanto, el silicio líquido se bombea fuera del tanque frío y se calienta aún más a medida que pasa a través del banco de tubos expuestos a los elementos calefactores, y en el tanque caliente, donde la energía térmica ahora se almacena a una temperatura mucho más alta de aproximadamente 4,300 F.

Cuando se necesita electricidad, decir, después de que el sol se ha puesto, el silicio líquido caliente, tan caliente que es blanco brillante, se bombea a través de una serie de tubos que emiten esa luz. Células solares especializadas, conocida como fotovoltaica de unión múltiple, luego convierte esa luz en electricidad, que se puede suministrar a la red de la ciudad. El silicio ahora enfriado se puede bombear de regreso al tanque frío hasta la próxima ronda de almacenamiento, actuando efectivamente como una gran batería recargable..

“Uno de los nombres cariñosos que la gente ha comenzado a llamar a nuestro concepto, es 'sol en una caja,' que fue acuñado por mi colega Shannon Yee en Georgia Tech,Enrique dice. “Es básicamente una fuente de luz extremadamente intensa que está contenida en una caja que atrapa el calor”.

Una clave de almacenamiento

Henry dice que el sistema requeriría tanques lo suficientemente gruesos y fuertes para aislar el líquido fundido dentro.

“El material está brillando al rojo vivo en el interior, pero lo que tocas por fuera debe estar a temperatura ambiente,Enrique dice.

Ha propuesto que los tanques sean de grafito.. Pero hay preocupaciones de que el silicio, a temperaturas tan altas, reaccionaría con el grafito para producir carburo de silicio, que podría corroer el tanque.

Para probar esta posibilidad, el equipo fabricó un tanque de grafito en miniatura y lo llenó con silicio líquido. Cuando el líquido se mantuvo a 3,600 F por aproximadamente 60 minutos, se formó carburo de silicio, pero en lugar de corroer el tanque, creó una fina, forro protector.

“Se adhiere al grafito y forma una capa protectora, evitando una mayor reacción,Enrique dice. "Entonces puedes construir este tanque con grafito y no se corroerá con el silicio".

El grupo también encontró una forma de sortear otro desafío.: Como los tanques del sistema tendrían que ser muy grandes, sería imposible construirlos a partir de una sola pieza de grafito. Si en cambio estuvieran hechos de múltiples piezas, estos tendrían que estar sellados de tal manera que eviten que el líquido fundido se escape. en su papel, los investigadores demostraron que podían evitar fugas atornillando piezas de grafito con pernos de fibra de carbono y sellándolas con grafoil, grafito flexible que actúa como sellador de alta temperatura.

Los investigadores estiman que un solo sistema de almacenamiento podría permitir que una pequeña ciudad de aproximadamente 100,000 viviendas se alimentarán íntegramente con energías renovables.

“La innovación en el almacenamiento de energía está teniendo un momento en este momento,” dice Addison Stark, director asociado de innovación energética en el Bipartisan Policy Center, y director de personal del American Energy Innovation Council. “Los tecnólogos de la energía reconocen el imperativo de tener bajo costo, opciones de almacenamiento de alta eficiencia disponibles para equilibrar las tecnologías de generación no gestionable en la red. Como tal, hay muchas ideas geniales que están surgiendo en este momento. En este caso, el desarrollo de un bloque de energía de estado sólido junto con temperaturas de almacenamiento increíblemente altas supera los límites de lo que es posible”.

Henry enfatiza que el diseño del sistema es geográficamente ilimitado, lo que significa que se puede ubicar en cualquier lugar, independientemente del paisaje de una ubicación. Esto contrasta con la hidroeléctrica de bombeo, actualmente la forma más barata de almacenamiento de energía., lo que requiere ubicaciones que puedan acomodar grandes cascadas y represas, para almacenar energía del agua que cae.

“Esto es geográficamente ilimitado, y es más barato que la hidroeléctrica de bombeo, que es muy emocionante,Enrique dice. "En teoria, este es el eje para permitir que la energía renovable alimente toda la red”.

Fuente: http://news.mit.edu, por Jennifer Chu