Los ingenieros del MIT han ideado un diseño conceptual para 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 solocuando sale el sol o el viento es alto, pero todo el día.
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 de nuevo en electricidad cuando sea necesario. Los investigadores estiman que tal sistemaser mucho más asequible que las baterías de iones de litio, que se han propuesto como un método viable, aunque costoso, para almacenar energía renovable. También estiman que el sistema costaría aproximadamente la mitad que el almacenamiento hidroeléctrico bombeado, la forma más barata de red-escala de almacenamiento de energía hasta la fecha.
"Incluso si quisiéramos ejecutar la red en las energías renovables en este momento, no podríamos, porque necesitarías turbinas de combustible fósil para compensar el hecho de que el suministro renovable no puede enviarse a pedido", dice Asegun Henry,Robert N. Noyce Profesor Asociado de Desarrollo de Carrera en el Departamento de Ingeniería Mecánica. "Estamos desarrollando una nueva tecnología que, si tiene éxito, resolvería este problema tan importante y crítico en energía y cambio climático, a saber, el problema del almacenamiento".
Henry y sus colegas han publicado su diseño hoy en la revista Energía y ciencias 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 usan paneles solares para convertir la luz directamente en electricidad, la energía solar concentradala energía requiere vastos campos de espejos enormes 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 que, una vez que haces este proceso de enfocar la luz para obtener calor, puedes almacenar el calor mucho más barato que la electricidad", señala Henry.
Las plantas solares concentradas almacenan el calor solar en grandes tanques llenos de sal fundida, 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 al vaporUna 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", dice Henry. "Así que hubo un impulso para operar a temperaturas mucho más altas, por lo quepodría 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 está almacenada. Por lo tanto, el equipo de Henry buscó un medio diferente a la sal que pudiera almacenar calor a temperaturas mucho más altas. Inicialmentepropuso un metal líquido y finalmente se instaló en 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 podría soportar ese calor abrasador y podría bombear silicio líquido a través de un sistema de almacenamiento renovable. La bomba tiene la tolerancia al calor más alta registrada, una hazaña que se menciona en "The Guiness Book"de récords mundiales ". Desde ese desarrollo, el equipo ha estado diseñando un sistema de almacenamiento de energía que podría incorporar una bomba de alta temperatura".
"Sol en una caja"
Ahora, los investigadores han delineado su concepto para un nuevo sistema de almacenamiento de energía renovable, que llaman TEGS-MPV, para el almacenamiento de la red térmica de energía fotovoltaica de múltiples uniones. En lugar de utilizar campos de espejos y una torre central para concentrar el calor,proponen convertir la electricidad generada por cualquier fuente renovable, como la luz solar o el viento, en energía térmica, a través del calentamiento de 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 células solares, para capturar el exceso de electricidad durante el día y almacenarlo para su uso posterior. Considere, por ejemplo, un pequeño pueblo en Arizona que obtiene una parte de su electricidad deuna planta solar.
"Digamos que todo el mundo se va a casa del trabajo, enciende sus aires acondicionados y el sol se pone, pero todavía hace calor", dice Henry. "En ese momento, la energía fotovoltaica no va a tener mucha salida, así que usted 'tendría que haber almacenado parte de la energía de más temprano en el día, como cuando el sol estaba al mediodía. Ese exceso de electricidad podría enrutarse al sistema de almacenamiento que hemos inventado aquí ".
El sistema consistiría en un tanque grande, muy aislado, de 10 metros 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 de calentamiento. Mientras tanto, el silicio líquido se bombea fuera del tanque frío yse calienta aún más a medida que pasa a través del banco de tubos expuestos a los elementos de calentamiento, y dentro del tanque caliente, donde la energía térmica ahora se almacena a una temperatura mucho más alta de aproximadamente 4,300 F.
Cuando se necesita electricidad, por ejemplo, después de que se haya puesto el sol, el silicio líquido caliente, tan caliente que brilla intensamente blanco se bombea a través de una serie de tubos que emiten esa luz. Células solares especializadas, conocidas como fotovoltaica multifuncional,luego convierta esa luz en electricidad, que se puede suministrar a la red de la ciudad. El silicio ahora enfriado se puede bombear nuevamente 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 nuestro concepto es 'sol en una caja', que fue acuñado por mi colega Shannon Yee en Georgia Tech", dice Henry. "Es básicamente una fuente de luz extremadamente intensa que está contenidaen una caja que atrapa el calor "
una clave de almacenamiento
Henry dice que el sistema requeriría tanques lo suficientemente gruesos y fuertes como para aislar el líquido fundido dentro.
"El material está brillando al rojo vivo por dentro, pero lo que tocas por fuera debería ser temperatura ambiente", dice Henry.
Él ha propuesto que los tanques estén hechos de grafito. Pero existe la preocupación de que el silicio, a temperaturas tan altas, reaccione con el grafito para producir carburo de silicio, lo 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 durante aproximadamente 60 minutos, se formó carburo de silicio, pero en lugar de corroer el tanque, creó un delgado, forro protector.
"Se adhiere al grafito y forma una capa protectora, evitando una mayor reacción", dice Henry. "Para que pueda construir este tanque con grafito y el silicio no lo corroerá".
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 su lugar estuvieran hechos de varias piezas, estos tendrían quese sellaron de tal manera para evitar que el líquido fundido se filtre. En su trabajo, los investigadores demostraron que podían evitar cualquier fuga atornillando trozos de grafito con pernos de fibra de carbono y sellándolos con grafoil, grafito flexible que actúa comoun sellador de alta temperatura.
Los investigadores estiman que un solo sistema de almacenamiento podría permitir que una pequeña ciudad de aproximadamente 100,000 hogares se alimente completamente con energía renovable.
Henry enfatiza que el diseño del sistema es geográficamente ilimitado, lo que significa que puede ubicarse en cualquier lugar, independientemente del paisaje de una ubicación. Esto contrasta con la hidroeléctrica bombeada, actualmente la forma más barata de almacenamiento de energía, que requiere ubicaciones que puedan acomodar grandescascadas y presas, para almacenar energía del agua que cae.
"Esto es geográficamente ilimitado, y es más barato que la hidroeléctrica bombeada, lo cual es muy emocionante", dice Henry. "En teoría, este es el pilar fundamental para permitir que las energías renovables alimenten toda la red".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Jennifer Chu. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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