Ingenieros de la Universidad de
Lehigh han diseñado un sistema de almacenamiento de energía térmica que combina
la transferencia de calor latente y la tecnología del calor sensible.
En el camino hacia un uso masivo de las energías
renovables, el almacenamiento de
energía térmica se está convirtiendo en una solución imprescindible para
que las redes eléctricas puedan responder a las condiciones variables de la
oferta y la demanda. Cuando la demanda es alta y no se dispone de energía solar
o eólica, la energía almacenada podría ser la solución.
Los sistemas de almacenamiento de
energía térmica son como baterías
que utilizan los cambios de temperatura para almacenar energía para su uso
posterior o en otro lugar. Estos sistemas capturan la energía
de diferentes maneras, y las técnicas más usadas se basan en transferencias de
calor latente y sensible.
El método del calor latente consiste en utilizar la
cantidad de energía térmica necesaria para un cambio de fase, que es un cambio
de estado físico, como de sólido a líquido, o de líquido a gas, sin alterar la
temperatura de un material. El calor sensible es la energía térmica necesaria
para elevar la temperatura de un material sin provocar ninguna transición de
fase.
Una de las
ventajas de la técnica de transferencia de calor latente es que permite
almacenar y transferir grandes cantidades de calor. Estos sistemas están asociados a grandes densidades de
energía. Una gran ventaja de la técnica de transferencia de calor sensible es
su bajo coste; sin embargo, depende de grandes cambios de temperatura para
transmitir grandes tasas de transferencia de calor.
Ahora, los ingenieros de Lehigh han desarrollado un nuevo sistema de energía térmica, la batería
térmica de Lehigh, que combina lo mejor de ambas técnicas. La
tecnología consiste en materiales cementosos de ingeniería y termosifones en
una combinación que permite un rendimiento térmico rápido y eficiente a bajo
coste. La tecnología puede
funcionar con calor o electricidad como fuente de energía de carga.
El equipo ha anunciado que, tras tres años de investigación y desarrollo, la
tecnología es escalable y está lista para el mercado.
El prototipo de 150 kWhth
construido en el Centro de Investigación de la Energía es una estructura
totalmente instrumentada de 1,5 m de diámetro por 1,5 m de altura que contiene
22 termosifones con aletas. El prototipo de 150 kWhth se ha sometido a pruebas
exhaustivas con aire comprimido a 480 °C, con una eficiencia de carga/descarga
del medio sólido superior al 95%, una distribución uniforme de la temperatura
en el medio sólido durante la carga y una repetibilidad cíclica constante. Las
tasas medias de energía alcanzadas durante la carga y la descarga fueron de
16,4 y 19,8 kWth, respectivamente, con un gradiente energético muy rápido de la
batería térmica de 0,51 kWhth/min durante la primera hora de descarga.
El proyecto acaba de completar un programa de tres
años, que incluía la investigación y el desarrollo de los componentes del
sistema, el diseño y la integración del sistema y las pruebas del sistema
integrado a 3, 10 y 150 kWhth en un entorno relevante. El sistema de 3 kWhth,
consistente en un diseño con carga eléctrica, se probó en la central eléctrica
de Mount Storm, WV, de Dominion Energy, logrando eficiencias repetibles de ida
y vuelta de electricidad a calor en torno al 70%.
El diseño del termosifón se ha optimizado para un
funcionamiento dual (secciones de evaporador/condensador deslizantes), lo que
permite utilizar el mismo dispositivo para la carga y la descarga de la batería
térmica Lehigh.
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