El caso comercial para almacenar energía térmicamente en antiguas plantas de carbón
En comparación con otras tecnologías de almacenamiento de energía, el almacenamiento de energía térmica tiene una gran ventaja. Puede instalarse para reutilizar las plantas de energía de carbón existentes simplemente reemplazando el combustible, el carbón, con almacenamiento de energía térmica para cargarlo con el exceso de energía renovable de la red y descargarlo usando casi todos los componentes de la planta de carbón original.
Por lo tanto, de todas las opciones de almacenamiento de energía, esta reutilización de plantas de carbón como almacenamiento de energía térmica tiene el modelo de negocio más viable, con años de vida útil en muchos casos para la mayoría de los activos.
A medida que se agregan más y más energías renovables intermitentes a la red, una forma económica de almacenar el exceso de energía solar al mediodía y el viento en la madrugada es una necesidad bien entendida.
Después de un estudio anterior de Sandia National Laboratories basado en más de 90 entrevistas con partes interesadas de la industria en los EE. UU. e internacionalmente, que encontró que las empresas de servicios públicos requieren que el almacenamiento sea económico, confiable y cumpla con las regulaciones de energía limpia existentes; un nuevo documento de Sandia busca cuantificar qué tan bien el almacenamiento de energía térmica ubicado en plantas de carbón en particular cumple con estos requisitos, y detalla los ahorros esperados.
El documento, Defining a Business Model for Utility-Scale Thermal Energy Storage: Value Proposition, Needs and Opportunities estima que cada empresa de servicios públicos importante podría ahorrar aproximadamente $100 millones por año utilizando el almacenamiento de energía térmica ubicado en antiguas plantas de carbón, satisfaciendo tanto los aspectos económicos como los climáticos. requisitos reglamentarios que promueven la energía limpia.
El documento establece: “Las centrales eléctricas convencionales que se retiran son adecuadas para su reutilización parcial en esta transición energética, debido a su ubicación estratégica en la red, la maquinaria de energía termoeléctrica existente y la mano de obra operativa existente que puede reutilizarse para operar la central eléctrica. con la adición de una instalación de almacenamiento de energía de gran capacidad”.
Además de los beneficios de reutilizar la infraestructura existente, se obtienen ahorros adicionales al utilizar las redes de transmisión y distribución incluidas, y al no pagar más por extraer, procesar y transportar carbón.
A aproximadamente 10 centavos por kWh; este concepto podría ser potencialmente más económico que algunas alternativas en el sector del almacenamiento de energía industrial que tendrían que construirse desde cero.
El estudio cuenta 241 centrales eléctricas de carbón de EE. UU. en funcionamiento a partir de 2019 con una capacidad total de 236 GW. Se podría lograr un ahorro potencial de $ 10 mil millones anuales si todos estos se convirtieran en almacenamiento térmico cargado eléctricamente con energías renovables excedentes de la red y se devolvieran a la red de transmisión a través del bloque de energía de la planta de carbón.
El documento afirma: “Considerando la capacidad instalada de las centrales eléctricas de carbón en los Estados Unidos, a más del 10 % de las centrales de carbón les quedan más de 20 años de vida útil y se retirarán dentro de 10 años debido a los mandatos de reducción de emisiones iniciados por regulaciones locales, estatales o federales”.
Centrales de carbón que funcionan como almacenamiento térmico
Ubicar el almacenamiento de energía térmica en plantas de carbón no solo tiene ventajas técnicas al reutilizar la mayor parte de la infraestructura de la planta y continuar suministrando servicios de red convencionales, sino que también retendría a la mayoría de los trabajadores locales de las antiguas plantas de energía de carbón con trabajos comparables.
“Entonces, si observa el aspecto socioeconómico, si cierra una central eléctrica de carbón, digamos que esta tenía quinientas personas trabajando aquí; ahora, todos ellos están desempleados. En su lugar, puede decir que con algo de capacitación adicional podemos mantener la mayor parte de la fuerza laboral existente”, explicó el autor principal, Henk Laubscher.
“Cuando miras qué nuevas habilidades necesitan aprender los operadores; no es tanto. Solo el funcionamiento de la caldera primaria y la entrada de calor de una fuente de calor diferente. El almacenamiento de energía térmica sensible en lugar del calor de la combustión debe gestionarse de manera diferente. Pero el resto de la central eléctrica, el ciclo de vapor, la generación de electricidad y aparamenta, el tratamiento de agua, gestión y química, y bombas de agua de alimentación; no es necesario enseñar a los nuevos operadores”.
Un problema de relaciones públicas en EE.UU.
El almacenamiento de energía térmica probado comercialmente en sales fundidas en plantas de CSP de torre en todo el mundo parecería un hecho. Pero también tiene un inconveniente en la mente de las partes interesadas estadounidenses.
“Las pocas personas que conocían el almacenamiento de energía térmica mencionaron el ejemplo de Crescent Dunes”, dijo Laubscher.
El proyecto Crescent Dunes de 110 MW en Nevada fue la primera CSP de torre del mundo construida a gran escala con almacenamiento de energía térmica en sales fundidas. El tanque de almacenamiento caliente tuvo una fuga y dejó la planta fuera de servicio durante meses.
Los ingenieros de las plantas de CSP de torre más nuevas de todo el mundo en Marruecos, Dubái, Chile y China resolvieron posteriormente el problema, pero los investigadores descubrieron que las empresas de servicios públicos estadounidenses no consideran fiable el almacenamiento de energía en un líquido caliente.
Un nuevo tipo de almacenamiento térmico para cumplir con el requisito de confiabilidad
En lugar de un líquido, el equipo usaría energía térmica almacenada en rocas y transferida en aire caliente, que es igualmente adecuada para ser arrojada a las plantas de energía de carbón desmanteladas de la nación, y probada en el piloto de «rocas calientes» de varios años de Siemens-Gamesa en Alemania.
El almacenamiento térmico estaría en rocas naturales formadas por procesos metamórficos a alta temperatura y presión. El calor almacenado en rocas (o ladrillos refractarios clasificados para altas temperaturas) es una tecnología de almacenamiento de energía térmica independiente bien probada y ya está entrando en operación comercial por parte de varias empresas emergentes, como Rondo, respaldada por Bill Gates, que utiliza ladrillos refractarios.
“Hice un proyecto de maestría en la Universidad de Stellenbosch en Sudáfrica en una demostración que demostró la capacidad de almacenamiento en roca natural”, dijo Laubscher.
El aire caliente es intrínsecamente estable e inerte porque contiene un 78 por ciento de nitrógeno. El aire se puede calentar hasta 1000 °C y las rocas hasta 2000 °C. Esto es más que suficiente para las centrales eléctricas de carbón que funcionan a unos 650 °C en el lado del vapor de alta presión.
“Esa es la belleza de la combinación aire-roca. Puedes subir a temperaturas extremadamente altas”, agregó.
El excedente de electricidad de la red calentaría el tanque de rocas que calentaría el aire encerrado que se envía a un intercambiador de calor para hervir agua para hacer funcionar la turbina de vapor en la central eléctrica de carbón. Sin otra alteración a la central eléctrica de carbón que el intercambiador de calor aire-agua, esta propuesta simplemente cambia el combustible. La pila de carbón en una central eléctrica de carbón se cambia por una caja de rocas calentadas.
El estudio es oportuno, ya que un nuevo proyecto de ley sobre el clima en los EE . UU. permite que las empresas eléctricas se beneficien de la inversión en activos de la red .
, solarpaces.org
