Una idea de almacenamiento de energía de larga duración (LDES) a muy gran escala del MIT prevé un contenedor de almacenamiento central con tapa de 1 kilómetro de largo y 60 metros de ancho de rocas hundido 20 metros en el suelo, aproximadamente del tamaño de 10 campos de fútbol si fueran puesto de punta a punta.

La idea es que podría almacenar energía de hasta 20 plantas de energía solar concentrada (CSP) distribuidas alrededor del almacenamiento compartido, utilizando los fluidos de transferencia de calor de plantas CSP de canal o torre de energía (aceite Therminol o sales fundidas, respectivamente) para suministrar el red con electricidad despachable por días.

El concepto se encuentra en la etapa más temprana de investigación y fue propuesto por Charles Forsberg, un científico investigador senior en el departamento de ingeniería nuclear del MIT (que también ve el potencial de hacer que la energía nuclear sea despachable para adaptarse mejor a la red totalmente renovable) y su estudiante de ingeniería, Ali Aljefri.

En una reciente convocatoria tras su presentación de la idea general en el SolarPACES Conference2020 internacional , Forsberg comparó la capacidad de almacenamiento con la de la planta CSP Solana de 250 MW en Arizona con 6 horas de almacenamiento (1.500 MWh diarios).

“Sé que Solana tiene 1,5 gigavatios hora. Pero estamos hablando de 100 gigavatios hora de almacenamiento ”, dijo, y agregó que el potencial del mercado no se limitaría a la energía nuclear, sino que incluiría proyectos de demostración de CSP desarrollados en parques solares.

“Los chinos tienen mucha energía solar, pero esa energía solar se encuentra en medio de la nada con líneas de CC que transmiten largas distancias; y sabe que una línea de CC que solo funciona 12 horas al día u 8 horas al día es una línea de transmisión realmente cara. Así que tienen un gran incentivo para pensar en la energía solar que funciona las 24 horas del día, los 7 días de la semana «.

Más clientes potenciales para LDES

Forsberg señaló que el hecho de que LDES esté siendo investigado por los laboratorios de energía renovable del Departamento de Energía de EE . UU . Como NREL y Sandia   , así como por sus departamentos nucleares, solo aumenta la probabilidad de que se comercialice.

“La fuente de calor es irrelevante: la conclusión es que tenemos que encontrar una manera de almacenar energía a bajo costo y esa es la atracción aquí. Así que el hecho de que pueda utilizarse tanto para energía nuclear como solar es una ventaja ”, señaló.

“Y esto puede ser incluso una batería“ Carnot ”independiente para almacenar la electricidad de la red de forma térmica. Eso significa que tiene tres mercados, por lo que sus posibilidades de comercialización aumentan drásticamente. Mi estrategia aquí es que se necesita mucho dinero real para desarrollar e implementar estas cosas, así que si tiene algo que parece potencialmente muy, muy barato; tiene el motor económico para que la gente gaste el dinero para solucionar los errores, y habrá problemas cuando lo amplíe; es como cualquier otra tecnología, cierto, te garantizo que habrá problemas. Pero si los números fundamentales se ven lo suficientemente bien, la gente los resolverá «.

Entonces, ¿cómo se ven los números?

“El proyecto se encuentra en las primeras etapas en este momento, todavía es una idea”, advirtió Aljefri, quien es oriundo de Abu Dhabi y ha visto tamaños récord de proyectos de CSP en su país de origen en la región MENA; DEWA en Dubai o NOOR I, II y III en Marruecos.

“Esta primera fase aquí en el MIT solo estaba probando que esta idea funcionaría. Es algo nuevo hacer este almacenamiento a gran escala y estamos tratando de ver si almacenar calor de manera centralizada desde múltiples unidades solares, o plantas nucleares, tendría sentido económicamente. Entonces, primero, estamos haciendo solo un modelo numérico solo para demostrar que esta idea tendría sentido «.

Costo de capital potencial de $ 2 a $ 4

El costo al que apuntan es mucho menor que el del almacenamiento térmico actual conectado a una sola planta de CSP, que está bajando de $ 30 a $ 15 por kWh. (Actualmente las baterías están en el rango de los cientos de dólares por kWh) Forsberg prevé de dos a cuatro dólares por kilovatio-hora en costo de capital.

“Sí, el costo de capital del almacenamiento en CSP es de 30, 25, 20 dólares por kWh de costo de capital, pero eso es solo para una planta de CSP con un sistema de almacenamiento y un bloque de energía”, calculó Forsberg. “Pero 20 colectores solares (si son a través de CSP) o receptores (si son CSP de torre) pero solo un bloque de energía y un sistema de almacenamiento: eso realmente va a ser considerablemente más barato. Además, acabo de deshacerme de la mitad del equipo operativo porque si está operando una planta de vapor de 50 megavatios o una planta de vapor de 500 megavatios, tiene el mismo equipo operativo «.

Cómo funciona

El calor se almacena en roca triturada de 20 metros de altura, una anchura de 50 o más metros de ancho y una longitud de hasta un kilómetro. Sobre la pila hay un edificio hermético al gas altamente aislado en construcción similar a un colgador de aviones.

El fluido de transferencia caliente proveniente de las plantas de CSP se rociaría sobre las rocas en el paso de «carga», transfiriendo el calor a las rocas a medida que se drena hacia el fondo. El fluido de transferencia de calor ahora enfriado se recogería en una bandeja poco profunda en la parte inferior para enviarlo de regreso a las plantas de CSP para ser recalentado.

Cuando se desea calor en el bloque de energía para generar energía, el paso de descarga, se rocía fluido frío en la parte superior para extraer el calor retenido en las rocas, recolectado en las bandejas de drenaje debajo de esa sección de roca triturada y este calor almacenado en el fluido de transferencia caliente sería enviado al bloque de energía para generar electricidad.

Una sección tras otra se calentaría a lo largo de 1 kilómetro de longitud de la pila. Este proceso se realizaría en ondas recurrentes que van sección por sección, por lo que cada ola de calentamiento es seguida por una ola de enfriamiento que recupera el calor. El resultado sería que a lo largo de la zanja, el calor se puede suministrar continuamente al bloque de energía desde cada sección en secuencia, sin embargo, toda la operación se llevaría a cabo en un solo «tanque» que permite un tipo de almacenamiento completamente diferente, como tocando un xilófono, tocando una planta y luego otra en sucesión.

Para transportar las sales fundidas o el aceite Therminol 1 kilómetro hasta el pozo de almacenamiento, Forsberg citó la amplia experiencia de la industria petrolera en el transporte de aceite caliente en tuberías.

Aljefri enfatizó que es probable que muchos detalles cambien a medida que la idea toma forma. Por ejemplo, consideró que una forma de hacerlo sería que las plantas de CSP podrían ser en realidad plantas de energía CSP completas con sus propios bloques de energía para generar energía individualmente, con el almacenamiento compartido para el excedente, mientras que otra posibilidad podría ser solo un almacenamiento central. y un bloque de energía que genera energía a partir del calor almacenado combinado, como propuso Forsberg.

Y las diferentes regiones tendrán diferentes necesidades, dijo. “En los Emiratos, donde estamos ubicados en un clima cálido, la economía del verano, el invierno, la noche y el día marca la diferencia aquí con el uso del almacenamiento”, señaló Aljefri.

“En términos del trabajo de ingeniería, un clima cálido no hace una gran diferencia, o tal vez un poco con la misma eficiencia y esas cosas. Sin embargo, utilizar el almacenamiento es diferente si hay una gran cantidad de energía solar fotovoltaica en la red, ya sea que la vaya a usar para el almacenamiento diario o semanal. Eso cambia la economía a favor del almacenamiento diario, por lo que marcaría la diferencia en términos de darle sentido económico. Así que una gran parte del trabajo es asegurarse de que, al final, la red eléctrica sea más eficiente en general «.

En lo que está trabajando Aljefri en el MIT es en el almacenamiento térmico de un reactor nuclear para almacenar la producción durante el día para que pueda liberarse después del anochecer. Pero como señaló Forsberg, esta tecnología de almacenamiento de energía térmica es igualmente aplicable ya sea para energía nuclear, CSP o incluso para almacenar excedentes de energía solar fotovoltaica o eólica fuera de la red.
———————— Almacenamiento de calor de roca triturada de
papel de
100 gigavatios-hora para CSP y nuclear 
C.Forsberg, A. Aljefri

solarpaces.org