Mejora del sistema de almacenamiento de energía en centrales termosolares mediante nanofluidos basados en sales fundidas

Abstract

Tras la firma del acuerdo de Paris en el año 2015, las compañías de generación eléctrica apostaron fuertemente por la generación de energía a partir de fuentes renovables. Entre ellas, destaca la energía solar de concentración (CSP), con una capacidad mundial instalada de 7,6 GWt·h actualmente. Este tipo de centrales permiten generar energía eléctrica a partir de la radiación solar. No obstante, con el fin de desacoplar la generación de energía eléctrica de ésta, existen centrales termosolares que permiten el almacenamiento de energía, consiguiendo así una producción de energía eléctrica en períodos sin radiación solar. El funcionamiento de estas centrales se basa en el desplazamiento de un fluido capaz de absorber el calor generado sobre una superficie por la radiación del sol. El fluido absorbe el calor y es dirigido a unos tanques de almacenamiento desde los cuales se envía la cantidad necesaria a un intercambiador de calor para generar vapor que desplaza la turbina acoplada a un generador. El fluido no utilizado permanecerá caliente en el tanque y podrá ser enviado al intercambiado cuando sea necesario. En este tipo de centrales el fluido utilizado son sales que se funden a alta temperatura, con ciertas propiedades de transferencia de calor y de almacenamiento de energía, que si se pudieran mejorar aumentarían la eficiencia y rendimiento de este tipo de centrales. El presente estudio se centra en la mejora de la eficiencia de las centrales CSP con almacenamiento, tanto desde el punto de vista de la transferencia de calor como de la capacidad de almacenamiento, mediante el uso de un fluido con propiedades térmicas mejoradas. Se propone la utilización de un nanofluido basado en la sal fundida HITEC a la cual se le incorporan nanopartículas de alúmina. La adición en la concentración óptima de nanopartículas a la sal fundida, permite mejorar su conductividad térmica y su calor específico y por lo tanto mejorar la transferencia y almacenamiento de calor y en consecuencia la eficiencia de las centrales solares. Para evaluar la mejora de la eficiencia del proceso se ha determinado de forma experimental el calor específico (mediante calorimetría diferencial de barrido, DSC) y la viscosidad (reología) de los fluidos y se han obtenido su conductividad térmica y densidad a partir de los modelos existentes en la bibliografía. Con estos valores se ha calculado la mejora en el coeficiente de trasferencia y la capacidad de almacenamiento de calor sensible para distintas concentraciones de nanopartículas. Además, para asegurar el buen funcionamiento del sistema se ha medido la estabilidad de los nanofluidos a partir de la evolución temporal de la distribución de tamaños de las nanopartículas, mediante DLS a alta temperatura. En cuanto a los resultados, se calcularán mejoras en el coeficiente de transferencia de la sal fundida y también en la capacidad de almacenamiento de ésta, permitiendo así evaluar la mejora en la eficiencia en las plantas de CSP al incluir nanopartículas en el material. Finalmente, a parte del propio estudio planteado que será descrito en la memoria del proyecto, éste incorporará un estudio de viabilidad económica y el correspondiente presupuesto. Además, el pliego de condiciones del proyecto será presentado, tal y como indica la norma UNE 157001:2014.