La introducción de un sistema de almacenamiento térmico en plantas de Disco-Stirling como opción de mejora de su gestionabilidad

Los sistemas de Disco Stirling son especialmente adecuados como sistemas de generación distribuida, o para alimentación de cargas aisladas en emplazamientos remotos. El factor decisivo que ha impedido su introducción masiva en el mercado es su elevado coste. La introducción de un sistema de almacenamiento en las plantas de Disco-Stirling podría suponer un avance significativo en términos de gestionabilidad; aumentaría el factor de capacidad y mejoraría la eficiencia global de la planta.

[Autora: Pilar Orihuela-INTA]

Los sistemas de Disco Stirling son sistemas de generación de potencia cuyas características los hacen especialmente adecuados en ciertas aplicaciones. Son modulares y fáciles de instalar. No consumen agua ni ningún otro recurso para su funcionamiento. Son sencillos y fácilmente automatizables. Son, gracias a estos motivos, muy apropiados como sistemas de generación distribuida, o para alimentación de cargas aisladas en emplazamientos remotos. Pero sobre todo, los Discos-Stirling han demostrado tener las más altas eficiencias de conversión solar-eléctrica de entre todas las plantas solares termoeléctricas existentes (25-30%).

Sin embargo, y a pesar de sus innegables ventajas, el interés por la tecnología de Disco-Stirling se ha ido reduciendo bastante en los últimos dos años. Esto se ha debido fundamentalmente al abaratamiento de la tecnología fotovoltaica. Algunas empresas como Infinia [1] o Cleanergy [2], no cesan en su empeño de hacer de los sistemas de Disco-Stirling una tecnología comercial; sin embargo, son casos aislados.

Imagen: PowerDish IV de Infinia [1]

 El principal problema de los Sistemas de Disco-Striling es su coste; y éste es sin duda el factor decisivo que ha impedido su introducción masiva en el mercado.

Hasta ahora la producción de las plantas de Disco-Stirling ha estado supeditada a la aleatoriedad del recurso solar. La idea de introducir algún sistema de almacenamiento térmico podría suponer un avance significativo en términos de gestionabilidad; podría absorber los transitorios debidos a la presencia puntual de nubes, y permitiría producir en momentos de baja insolación, desplazando la producción a una franja horaria de mayor demanda. En general, la introducción de un sistema de almacenamiento térmico aumentaría el factor de capacidad y mejoraría la eficiencia global media anual de la planta.

Para introducir un sistema de almacenamiento es necesario tener en cuenta algunos aspectos.

Por ejemplo, en el caso de tener almacenamiento, la planta tendría que ser diseñada para captar más potencia solar manteniendo la misma potencia eléctrica nominal. Es decir, habría que sobredimensionar un poco el sistema de captación óptico y generar en el receptor un determinado excedente. Este excedente energético es el que iría al sistema de almacenamiento. Es de esperar que el incremento en los costes de inversión asociado al sobredimensionamiento de los discos quede compensado en un plazo lo suficientemente corto con el ingreso adicional que supone la venta de la energía extra que puede proporcionar el sistema.

El motor Stirling es una máquina térmica de combustión externa. Gracias a la estanqueidad del fluido de trabajo, los motores Stirling admiten cualquier tipo de fuente térmica o foco caliente. En este caso, el sistema de almacenamiento térmico actuaría como foco caliente. Por otra parte, la sustancia empleada como fluido caloportador debería ser capaz de aprovechar las altas temperaturas disponibles en el foco.

Por lo general, un disco Stirling debería tener un sistema de almacenamiento sencillo que no perjudicase la simplicidad y la modularidad del sistema original. No sería recomendable, por ejemplo, el uso de sales fundidas, ya que su alto punto de congelación o su difícil bombeo complicarían desproporcionadamente el sistema.

Ya se han propuesto algunas posibilidades para el almacenamiento térmico de centrales de disco (no Stirling). Se baraja, por ejemplo, la posibilidad de emplear un sistema de almacenamiento basado en amoniaco [3]; o también el almacenamiento en hidrógeno produciéndolo mediante ciclos termoquímicos [4].

[1] http://www.infiniacorp.com/

[2] http://www.cleanergy.com/solar/

[3] Lovegrove K., Luzzi A., Soldiani I., Kreetz H. Developing ammonia based thermochemical energy storage for dish power plants. Solar Energy 2004; 76:331–7

[4] Kolb G. J., Diver R. B. Screening Analysis of Solar Thermochemical Hydrogen Concepts. SANDIA Report. Marzo 2008.