Cuando piensas en la energía solar, probablemente te imaginas los paneles fotovoltaicos que capturan la luz solar para convertirla en electricidad. Pero hay otras formas de aprovechar el poder del sol. Un método que atrae un interés creciente se llama energía solar térmica concentrada, o CSP, que utiliza espejos para reflejar y concentrar la energía del sol.
La CSP se ha visto frenada por desafíos técnicos y una escasez de financiación e incentivos gubernamentales en comparación con otras fuentes de energía renovable. Pero a medida que la sensación de urgencia por reemplazar los combustibles fósiles continúa creciendo, estimulando la demanda de energía libre de carbono, varias entidades cada vez mejor financiadas están tratando de mejorar la tecnología. Los defensores dicen que el calor que producen los sistemas CSP y su capacidad de almacenamiento ofrecen ventajas sobre otras energías renovables para generar electricidad a escala de red y alimentar varios procesos industriales.
¿Entonces, cómo funciona? En lugar de convertir la luz solar directamente en electricidad, como hacen los paneles fotovoltaicos, la CSP utiliza espejos llamados helióstatos para enfocar la luz solar en receptores llenos de uno de varios materiales líquidos o sólidos posibles. La luz del sol calienta el material a temperaturas extremadamente altas, creando energía térmica.
Otra forma de atrapar rayas
La energía termosolar concentrada aprovecha la energía del sol sin paneles fotovoltaicos, utilizando espejos para concentrar los rayos del sol y capturando su calor para generar electricidad. Cómo funciona un sistema:
Los rayos del sol que brillan en el sistema de canal de espejos se reflejan desde todos los ángulos en una tubería lineal que contiene un fluido (a veces, sal fundida o aceite).
El fluido dentro de la tubería se calienta por los rayos concentrados del sol. Luego, este fluido se bombea a un intercambiador de calor que transfiere el calor del fluido al agua, lo que genera vapor.
El vapor convierte una turbina en un generador que genera electricidad. Esto puede ascender a 250 megavatios o más de potencia, suficiente para hacer funcionar 90.000 hogares. Luego, el vapor se enfría y se condensa, el agua se almacena y se reutiliza.
El fluido calentado también se puede almacenar y usar más tarde para generar electricidad a pedido, como cuando el sol no brilla.
Agua fría
devoluciones para reutilización
Los rayos del sol que brillan en el sistema de canal de espejos se reflejan desde todos los ángulos en una tubería lineal que contiene un fluido (a veces, sal fundida o aceite).
El fluido dentro de la tubería se calienta por los rayos concentrados del sol. Luego, este fluido se bombea a un intercambiador de calor que transfiere el calor del fluido al agua, lo que genera vapor.
El vapor convierte una turbina en un generador que genera electricidad. Esto puede ascender a 250 megavatios o más de potencia, suficiente para hacer funcionar 90.000 hogares. Luego, el vapor se enfría y se condensa, el agua se almacena y se reutiliza.
El fluido calentado también se puede almacenar y usar más tarde para generar electricidad a pedido, como cuando el sol no brilla.
Agua fría
devoluciones para reutilización
Los rayos del sol que brillan en el sistema de canal de espejos se reflejan desde todos los ángulos en una tubería lineal que contiene un fluido (a veces, sal fundida o aceite).
El fluido dentro de la tubería se calienta por los rayos concentrados del sol. Luego, este fluido se bombea a un intercambiador de calor que transfiere el calor del fluido al agua, lo que genera vapor.
El vapor convierte una turbina en un generador que genera electricidad. Esto puede ascender a 250 megavatios o más de potencia, suficiente para hacer funcionar 90.000 hogares. Luego, el vapor se enfría y se condensa, el agua se almacena y se reutiliza.
El fluido calentado también se puede almacenar y usar más tarde para generar electricidad a pedido, como cuando el sol no brilla.
Agua fría
devoluciones para reutilización
Agua fría
devoluciones para reutilización
Los rayos del sol que brillan en el sistema de canal de espejos se reflejan desde todos los ángulos en una tubería lineal que contiene un fluido (a veces, sal fundida o aceite).
El fluido dentro de la tubería se calienta por los rayos concentrados del sol. Luego, este fluido se bombea a un intercambiador de calor que transfiere el calor del fluido al agua, lo que genera vapor.
El vapor convierte una turbina en un generador que genera electricidad. Esto puede ascender a 250 megavatios o más de potencia, suficiente para hacer funcionar 90.000 hogares. Luego, el vapor se enfría y se condensa, el agua se almacena y se reutiliza.
El fluido calentado también se puede almacenar y usar más tarde para generar electricidad a pedido, como cuando el sol no brilla.
almacenamiento en caliente
El material sobrecalentado se puede utilizar para producir vapor que puede generar electricidad haciendo girar una turbina o accionando un motor. La ventaja de la CSP para este uso es que la mayoría de los sistemas CSP pueden almacenar suficiente calor para producir de seis a 12 horas de energía bajo demanda para su uso posterior, en comparación con las tres o cuatro horas de las baterías de litio que almacenan la energía generada por los sistemas fotovoltaicos.
La CSP también se puede utilizar en una variedad de procesos industriales que requieren un calor intenso, como la fabricación de acero, la fabricación de hormigón y la producción química. Usar el calor de la CSP de esta manera es más eficiente que tomar electricidad de los paneles solares y convertirla en calor, y más limpio que quemar combustibles fósiles para producir calor.
Las empresas exploran cada vez más la CSP como una forma de reducir las emisiones, afirma Guangdong Zhu, investigador sénior de los programas Concentrating Solar Power and Geothermal Technology del National Renewable Energy Laboratory, financiado con fondos federales. El impacto ambiental podría ser significativo. “El calor de la industria representa el 20% o el 25% del consumo total de energía” de todo tipo, dice el Dr. Zhu.
La CSP no reemplazará en última instancia a la energía solar fotovoltaica, dice el Dr. Zhu, sino que la complementará. “Si estamos tratando de descarbonizar la red con energía 100% renovable”, dice, “entonces necesitamos todo”.
Un largo camino por recorrer
Por ahora, la contribución de la CSP al suministro mundial de energía es mínima. El mundo tiene alrededor de seis gigavatios de capacidad de CSP, con un poco más de dos gigavatios en los EE. UU., según Benjamin Attia, analista de investigación principal en la práctica de transición energética en Wood Mackenzie, una firma de consultoría e investigación energética. En comparación, la energía solar fotovoltaica superó recientemente un teravatio, o 1000 gigavatios, de capacidad.
Los desafíos técnicos son en parte responsables de esa disparidad. Entre ellos: Convertir el calor en electricidad es costoso y menos eficiente que el proceso fotovoltaico. Y los sistemas de CSP necesitan mucha agua, un problema porque están mejor ubicados en desiertos u otras áreas con escasez de agua para maximizar la exposición a la luz solar. El Sr. Attia dice que la tecnología más nueva que podría reducir los costos y hacer que la CSP sea más eficiente es prometedora, pero no ha habido un gran avance. “Realmente no hemos visto ninguna tecnología de CSP de próxima generación comisionada en el campo”, dice.
Una nueva corriente de inversión e investigación podría comenzar a cambiar eso. Las iniciativas de investigación incluyen HelioCon, un consorcio de entidades corporativas y gubernamentales, investigadores y expertos en CSP formado en diciembre por el Laboratorio Nacional de Energía Renovable y el Departamento de Energía para desarrollar helióstatos más económicos y eficientes.
Al mismo tiempo, investigadores de la Universidad de Barcelona están trabajando para identificar un material que pueda calentarse a una temperatura más alta, que sea más efectivo para producir electricidad. También es fundamental encontrar un material que no sea raro, caro o tóxico, dice Ana Inés Fernández, profesora del departamento de ciencia de materiales y química física de la Universidad de Barcelona. Esto podría ayudar a la CSP a evitar el problema que tienen las baterías de litio: las baterías dependen de metales de tierras raras que tienen una gran demanda y tienen serios problemas laborales en torno a su abastecimiento.
“Queremos buscar no solo las soluciones más económicas sino también las más sostenibles”, dice el Dr. Fernández.
Proyectos nuevos
Varios proyectos están explorando usos para la CSP más allá de la generación de electricidad. Synhelion SA, una empresa escindida del Instituto Suizo de Tecnología, quiere usar CSP para producir queroseno neutro en carbono para combustible para aviones.
El queroseno neutro en carbono se fabrica dividiendo el agua en hidrógeno y oxígeno y luego combinando el hidrógeno con dióxido de carbono. Synhelion planea utilizar el calor de la CSP para obtener la energía necesaria para producir el combustible, y tiene como objetivo producir 700 000 toneladas de queroseno neutro en carbono al año para 2030, lo que equivaldría a aproximadamente la mitad del consumo de combustible para aviones en Suiza, afirma Philipp Furler. , director ejecutivo y fundador de la empresa.
La CSP tiene ventajas para este proceso. Es más eficiente que usar electricidad para producir calor. Además, un sistema CSP requiere menos terreno que un sistema fotovoltaico para producir la misma cantidad de energía. Y la capacidad de almacenamiento de CSP significa que puede proporcionar un suministro de energía ininterrumpido.
Otra empresa, Hyperlight Energy, planea probar el uso de CSP para reducir la huella de carbono de la extracción de petróleo. En algunos pozos de petróleo, el gas natural se quema para crear vapor que se bombea al suelo para ayudar a empujar el petróleo hacia la superficie. Hyperlight planea construir una planta piloto de CSP cerca de un pozo de petróleo para cumplir dos propósitos: el calor producido por la planta puede alimentarse bajo tierra para ayudar a empujar el petróleo a la superficie, y ese calor se almacena de manera efectiva debajo de la superficie, donde puede extraerse para la generación de electricidad.
Un papel para la IA
Otra innovación sugiere que la inteligencia artificial podría hacer que la CSP sea más competitiva. heliogeno Cª.,
HLGN -7,54%
una empresa de CSP respaldada por Bill Gates, utiliza la visión por computadora para rastrear el sol y ajustar continuamente los espejos en una planta de CSP para maximizar la concentración de luz solar. Eso elimina parte de la complejidad de construir un sistema de CSP, lo que reduce los costos de construcción. En los sistemas actuales, los espejos deben instalarse minuciosamente en la mejor posición posible. Incluso entonces, el suelo puede cambiar y dejar de concentrar la luz solar con la misma eficacia, según Bill Gross, director ejecutivo y fundador de Heliogen.
“Sin IA, esto no funcionaría”, dice Gross. “La visión artificial es el avance que lo hace posible”.
La compañía también está sacando una página del libro de jugadas de los paneles solares y fabricando los espejos en un tamaño estándar. Anteriormente, los espejos de las plantas de CSP se diseñaban y construían específicamente para cada instalación. “La fabricación en masa puede reducir los costos”, dice Gross.
Al igual que el Dr. Zhu, el Sr. Gross considera que la CSP es una herramienta adicional de energía renovable, no un reemplazo de la energía solar fotovoltaica. “’Hay lugares en los que PV ganará; nunca estaremos en su azotea”, dice. “Donde la CSP gana es en la industria de la descarbonización”.
La Sra. Snow es escritora en Los Ángeles. Puede comunicarse con ella en [email protected].
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