Resumen de Contribución al diseño y ensayo de sistemas de almacenamiento energético mediante sales fundidas para plantas termosolares
Margarita Manuela Rodríguez García
Los beneficios de los sistemas de almacenamiento térmico en las plantas de producción de electricidad termosolar son ampliamente conocidos. Aunque los sistemas de almacenamiento térmico en sales fundidas ya están implementados a nivel comercial, hay muchos problemas sin resolver relacionados con este tipo de sistemas de almacenamiento: diseños que eviten la solidificación de sales en tuberías y componentes; estrategias de actuación en caso de que las sales lleguen a solidificarse; componentes cuya fiabilidad y durabilidad a largo plazo esté optimizada, tales como válvulas, bombas, instrumentación, sistemas de traceado eléctrico, intercambiadores de calor, resistencias calefactoras de inmersión; y procedimientos para la optimización de la operación de carga y descarga de intercambiadores de calor y tanques. Es decir, se necesita experiencia y procedimientos estandarizados para cualificar y evaluar los componentes y estrategias de control optimizadas para los procesos de carga y descarga de este tipo de sistemas de almacenamiento. El principal objetivo de esta tesis es contribuir a resolver estos problemas, relacionados principalmente con el diseño de la planta, la instrumentación, las estrategias de operación, y la definición y cualificación de unos estándares mínimos a cumplir por los componentes hidráulicos que se utilizan con sales fundidas. Para conseguir este objetivo se han utilizado dos instalaciones con sales fundidas de la Plataforma Solar de Almería. La primera, la instalación MOSA, es un sistema de almacenamiento térmico en doble tanque que reproduce el sistema de almacenamiento térmico de una planta comercial de captadores cilindroparabólicos. Los componentes que conforman la instalación son suficientemente grandes como para permitir extrapolar los resultados a una planta comercial, y suficientemente flexibles como para cubrir un amplio rango de condiciones de operación y actividades de investigación. La segunda instalación utilizada, el dispositivo BES-II, ha sido construida específicamente para testar válvulas, transmisores de presión, resistencias calefactoras de inmersión y otros componentes en las condiciones máximas de presión y temperatura correspondientes a las que se establecen en las plantas comerciales de receptor central o torre (600 °C and 4 MPa). El objetivo principal del dispositivo BES-II es comprobar el correcto funcionamiento y rendimiento de los componentes hidráulicos en condiciones de diseño.
Las soluciones desarrolladas en esta tesis incluyen: la recomendación de seleccionar instrumentación y componentes como válvulas o bombas que no tengan los componentes electrónicos próximos a una fuente de calor; diseños y dimensionamiento de los intercambiadores de calor que tengan en cuenta todas las posibles pérdidas de calor al ambiente y las posibles reducciones en la transferencia de calor debidas a cualquier elemento que se implemente en el diseño para permitir el drenaje del equipo; el diseño y la correcta instalación de los sistemas de traceado eléctrico y su aislamiento; consejos sobre cómo gestionar la solidificación de sales en diferentes partes de la planta, que incluyen procedimientos especiales para situaciones de riesgo tales como la introducción por error de sales en un equipo que no esté previamente calentado, o la importancia de conocer las pérdidas térmicas de los tanques para poder evitar la cristalización de las sales durante un largo corte de suministro eléctrico.
Otro resultado de esta tesis es la propuesta de procedimientos estandarizados de ensayo de componentes comerciales para sistemas de almacenamiento en calor sensible. Los ensayos propuestos ya están ayudando a los fabricantes a mejorar el diseño de los componentes, adaptando su producto a las características específicas de la sal fundida.
En esta tesis se han validado varios modelos de intercambiadores carcasa-tubos con diferentes grados de complejidad y se han validado comparándolos con resultados experimentales. Los modelos han ayudado a identificar que hay un desajuste en el rendimiento del intercambiador de calor estudiado, sugiriendo que el detrimento de rendimiento está relacionado con la transferencia de calor en el lado de la carcasa. El modelo de tanque utilizado en esta tesis es adecuado para simulaciones de carga y descarga, así como para predecir los valores de pérdidas térmicas.
