Toda la sesión plenaria de apertura de la Conferencia SolarPACES de este año se centró en entregar calor solar directamente a la industria de descarbonización. Con el 30% de las emisiones globales emitidas por combustibles fósiles para calentar procesos industriales; esta necesidad se entiende bien, pero la emergencia ahora se ve exacerbada por la necesidad muy inmediata de Europa de reemplazar el gas de Rusia.

“Lo que estamos haciendo con el software de nuestros helióstatos es también la forma en que funciona nuestro cuerpo humano. No tenemos rigidez en el brazo pero tenemos ojos y los ojos nos permiten poner los dedos en un lugar muy exacto con retroalimentación”. Vista desde detrás de la torre receptora sobre el campo solar de helióstatos automatizados IMAGE@Heliogen

Uno de estos oradores plenarios, el fundador de Heliogen , Bill Gross, comentó después.

“Es por eso que tuvimos todo ese panel sobre descarbonización industrial”, me dijo. “Hablamos mucho en SolarPaces este año sobre cómo el calor es el gran mercado para la energía solar térmica concentrada ahora. La industria pesada necesita calor las 24 horas del día, los 7 días de la semana, entre 150 °C y 1000 °C, y la energía solar térmica concentrada puede proporcionar todo ese rango de temperatura, y hacerlo durante todo el día. Entonces, la industria no necesita tanto la energía fotovoltaica para descarbonizarse; necesita mucho más CSP – CST”.

Señaló que el término más preciso sería CST porque el producto solar no es energía, sino calor. La energía solar concentrada (CSP) y la energía solar térmica concentrada (CST) concentran la luz solar para generar calor que luego se almacena térmicamente. A continuación, la CSP genera electricidad a partir del calor solar en el mismo tipo de bloque de energía térmica que utilizan las centrales nucleares o de carbón. Pero CST simplemente entrega calor solar directamente.

Este nuevo enfoque marca un momento decisivo para una tecnología solar basada en el calor, que como CSP ha luchado para que el valor de la red de su generación gestionable sea apreciado por las empresas de servicios públicos, que siguen satisfechas con las baterías para respaldar la intermitencia de la energía fotovoltaica y eólica.

“Las empresas de servicios públicos compran energía al precio más bajo posible; son el comprador de menor costo, luego lo marcan para los clientes”, señaló Gross, explicando la ventaja de vender calor solar directamente. “Los servicios públicos solo necesitan cuatro horas de almacenamiento, pero la industria lo necesita las 24 horas, y CST lo ofrece. Entonces, si quiere ir tras la industria, eso es comprar gas de la empresa de servicios públicos, quiere ayudarlos a evitar ese doble margen de beneficio”.

Los oradores plenarios también cubrieron la política que ahora se necesita para impulsar este nuevo uso de una tecnología solar que es ideal para descarbonizar el uso del calor en la industria, pero que aún no es ampliamente conocida. Como emprendedor en serie en tecnología climática con IdeaLab y CarbonCapture ya en su haber, Gross se centró más en lo que su última empresa ya está avanzando.

La oportunidad de la industria minera

En 2021, Rio Tinto seleccionó a Heliogen para explorar el suministro de calor solar directo las 24 horas del día, los 7 días de la semana para su mina de boro en California, con planes en última instancia para abastecer sus minas en Australia. De todas las industrias pesadas, la minería tiene la mayor demanda de energía térmica.

“Un sitio minero típico puede usar 100 MW de electricidad pero usa un gigavatio de calor; 10 o 20 veces más calor que electricidad”, dijo Gross.

“La minería está creciendo tan rápido debido a la demanda de materiales renovables, como litio, cobalto, níquel, acero y aluminio, especialmente en Australia, hay mucha demanda de materiales en este momento”.

Al recordar los primeros intentos de Solar Reserve con las minas australianas , señaló: “Los tiempos han cambiado, pero tampoco estaban vendiendo el calor. Solo vendían electricidad. Tanto Rio Tinto, la compañía minera, como Woodside Energy, la compañía de gas natural, quieren mucho más calor. Y también quieren producir hidrógeno, que también funciona las 24 horas del día, los 7 días de la semana”.

La ventaja de la eficiencia del calor solar

Generar solo calor a partir de la energía solar requiere menos tierra que generar electricidad, ya sea usando CSP o PV.

“El calor solar es en realidad tres veces más eficiente que la fotovoltaica”, señaló Gross. “Si tienes 1.000 vatios por metro cuadrado en un panel fotovoltaico, solo obtienes 200 vatios de electricidad. Si tienes 1.000 vatios por metro cuadrado incidiendo en uno de nuestros espejos, obtienes 600 vatios de energía térmica; tres veces más eficiente. La gente realmente aprecia el hecho de que la energía solar térmica sea más eficiente que la electricidad”.

La eficiencia del calor solar significa que las plantas CST también son mucho más compactas que las plantas CSP. Para entregar 100 MWth de calor, usaría 8 módulos Heliogen, que requieren menos de un kilómetro cuadrado (0,87 km2). En comparación, una planta de CSP de 100 MWe ocupa 7 u 8 kilómetros cuadrados de terreno.

Heliogen es modular, dependiendo de la temperatura requerida. Una unidad ocupa solo 2700 metros cuadrados de terreno y produce 12,5 MWth de vapor saturado a una temperatura de hasta 311 °C. Heliogen ha demostrado la capacidad de concentrar la luz solar a temperaturas superiores a los 1000 °C y actualmente está trabajando para integrar estas altas temperaturas en los procesos industriales.

“La minería de minerales es nuestra gran oportunidad”, dijo. “Estamos hablando con una planta siderúrgica en Marruecos que está en el desierto y una planta siderúrgica en Brasil, están en medio de la nada. Las minas especialmente están ubicadas en áreas desérticas aún más”.

Helióstatos impulsados ​​por IA

Los helióstatos de Heliogen han evolucionado con la experiencia, originalmente planeados como octogonales, ahora son cuadrados con una ligera curva en el borde. De esta manera, se empaquetan mejor para el envío desde su fábrica y para facilitar la creación del módulo de limpieza autónomo de Heliogen que limpia las filas de helióstatos en 3 pasos, primero con aire ambiente, luego se seca el polvo con un cepillo suave y solo si la cámara detecta suciedad en la superficie, como excrementos de pájaros, y luego con agua.

 

 

El gran punto de venta de Heliogen es cómo ha podido reducir enormemente el costo de los controles de heliostatos, con la automatización comenzando en la fábrica y continuando en el sitio, con una calibración automática constante del objetivo en el receptor solar en la torre.

“Bill Gates fue uno de mis primeros inversores en Heliogen”, comentó Gross. “Estaba entusiasmado con la idea de usar software para reducir este costo. Básicamente, le dije que deberíamos usar más bytes y menos átomos, y al usar más software, podemos usar menos acero y realmente le gustó ese concepto de hacer energía renovable con más bytes y menos átomos”.

Los helióstatos se producen en masa con soldadura robótica y controles robóticos en su fábrica de California de 100 000 pies cuadrados en Long Beach. Está completamente automatizado y puede producir helióstatos a escala como paneles fotovoltaicos de tamaño similar, a un precio mucho más bajo que para los proyectos de CSP anteriores, donde tendían a producirse helióstatos personalizados mucho más grandes en el sitio.

“La forma en que lo hacemos hoy habría costado $ 170 en ese entonces”, dijo. “Pero ahora, debido a que el precio de la computación ha bajado tanto, ahora es básicamente gratis, y ese es el poder de la ley de Moore para reducir el precio en los años intermedios. Ahora somos más competitivos, no solo nosotros, sino también la energía solar concentrada en general”.

Mantener la luz del sol reflejada en cada espejo siempre perfectamente enfocada en el receptor solar de la torre mientras el sol se mueve continuamente por el cielo proviene del uso de la IA. Gross comparó sus helióstatos con estructuras robóticas livianas, con el consiguiente uso reducido de acero. Los helióstatos deben enfocarse en un punto muy preciso, con una precisión de una milésima de pulgada. Tradicionalmente, tenían que ser muy fuertes y rígidos.

“Pero si, en cambio, hace que el brazo del robot sea liviano pero le coloca una cámara, el brazo del robot puede lograr la misma precisión de miles de pulgadas utilizando la retroalimentación de un sistema de visión”, dijo.

“Lo que estamos haciendo con el software de nuestros helióstatos es también la forma en que funciona nuestro cuerpo humano. No tenemos rigidez en el brazo pero tenemos ojos y los ojos nos permiten poner los dedos en un lugar muy exacto con retroalimentación”.

 

Susan Kraemer, solarpaces.org

https://helioscsp.com/at-solarpaces-2022-heliogen-talks-up-solar-heat-efficiency-for-mines/