Nueva tarea sobre almacenamiento compacto de energía térmica dentro de los programas SHC y ECES de la IEA
Autora: Rocío Bayón, CIEMAT
Entre los días 6 y 8 de abril de 2016 tuvo lugar en la localidad de Graz (Austria) el Workshop para definir la nueva Tarea conjunta entre los Programas SHC (Solar Heating and Cooling) y ECES (Energy Conservation through Energy Storage) de la Agencia Internacional de la Energía (IEA, International Energy Agency), sobre almacenamiento compacto de energía térmica (Compact Thermal Energy Storage). Esta nueva Tarea conjunta quiere ser una continuación de la anterior (Task42/Annex 29), que comenzó en enero de 2009 y ha terminado oficialmente en diciembre de 2015.
Este tipo de Tareas son unas plataformas de cooperación tecnológica que intentan agrupar a expertos de los diferentes países participantes. Entre los beneficios de esta colaboración internacional de ámbito no solo europeo se encuentran la aceleración del desarrollo tecnológico, la promoción de normas y estándares, la alineación de los programas nacionales de I+D así como la proyección e intercambio de investigadores.
La Tarea 42/29 en Compact Thermal Energy Storage: Material Development for System Integration” surgió con el objetivo general de desarrollar materiales y sistemas avanzados para el almacenamiento compacto de energía térmica.
El almacenamiento térmico es un componente muy importante para los sistemas de energía renovable ya que, mejorando su eficiencia, se mejorará la de las tecnologías renovables que producen energía térmica. Sin embargo, hasta ahora no se dispone de una tecnología del almacenamiento compacto que sea eficiente desde el punto de vista del coste. Para sistemas con alta fracción solar en las que utilizar agua caliente es caro pues requiere mucho volumen y espacio, las tecnologías alternativas de almacenamiento basadas en materiales de cambio de fase (PCMs) o en materiales termoquímicos (TCMs) están disponibles solo a escala de laboratorio. Por tanto, son necesarios mayor investigación y desarrollo antes de que estas tecnologías se desarrollen como soluciones comerciales. En varias tareas de la Agencia (IEA) se ha concluido que los materiales representan el mayor cuello de botella para encontrar soluciones efectivas al almacenamiento compacto de energía térmica y que son necesarios nuevos materiales de almacenamiento con mayor densidad de almacenamiento efectivo y menor coste.
Por otro lado, en el mundo hay muchos grupos trabajando bien en materiales para almacenamiento térmico o en sus aplicaciones. Sin embargo, estas actividades no están lo suficientemente ligadas y coordinadas. Por tanto, sería muy importante poner de manera conjunta el trabajo que se está realizando sobre materiales y sistemas de almacenamiento compacto.
Partiendo de estas premisas, la Tarea 42/29 tenía como objetivos la identificación y el diseño de materiales avanzados para almacenamiento térmico compacto; el desarrollo de metodologías de ensayo para caracterizar dichos materiales de forma fiable y reproducible; la mejora del funcionamiento, la estabilidad y los costes de los mismos; el desarrollo métodos numéricos para predecir el funcionamiento de los nuevos materiales, la puesta en marcha de nuevos sistemas de almacenamiento que contengan estos materiales avanzados y la comprobación del impacto de los nuevos materiales en las aplicaciones consideradas. Un objetivo importante de esta Tarea ha sido también la de diseminar el conocimiento y la experiencia adquirida en la misma además de crear una red de investigación activa y efectiva en la que investigadores e industria del campo del almacenamiento térmico puedan colaborar.
En cuanto al tipo de materiales esta Tarea estuvo enfocada hacia el estudio de materiales avanzados para almacenamiento el calor latente y termoquímico, excluyendo los que almacenan calor sensible, en términos de propiedades y comportamiento a nivel molecular, a nivel macroscópico y a nivel del sistema de almacenamiento.
En cuanto al tipo de aplicaciones consideradas dentro de la Tarea estaban el almacenamiento solar estacional, la cogeneración, la trigeneración y las bombas de calor, la refrigeración de edificios, la calefacción de distritos, el calor residual de procesos industriales y la energía solar de concentración
Entre los principales logros alcanzados en la Tarea42/29 se encuentra la caracterización de un gran número de materiales de cambio de fase (PCMs) y para almacenamiento termoquímico (TCMs) tanto nuevos como modificados. También se han investigado nuevos métodos de caracterización de los mismos además de desarrollarse un nuevo método normalizado para medidas de calorimetría diferencial de barrido (DSC). Así mismo se han realizado avances en el modelado numérico de materiales y se ha creado una base de datos para materiales de cambio de fase, termoquímicos y de adsorción. Los expertos de la Tarea recomiendan que en futuro deberían involucrarse más expertos en ciencia de materiales y en química tanto orgánica como inorgánica con el fin de reforzar el desarrollo de estos materiales. En general se ha alcanzado un mayor conocimiento de las propiedades de los materiales que mejorará sus posibilidades de desarrollo y proporcionará una base más para su aplicación en los sistemas de almacenamiento térmico. Por otro lado, se ha desarrollado también una herramienta para la evaluación económica de los sistemas de almacenamiento térmico que ha sido validada con almacenamientos convencionales presentes en el mercado y posteriormente aplicada a los sistemas de almacenamiento compacto que se desarrollan dentro de la Tarea.
En cuanto a las principales conclusiones de la Tarea 42/29, cabe destacar las barreras técnicas todavía existentes a nivel de materiales, componentes y sistemas pues tanto los PCMs como los TCMs se encuentran en un estado de desarrollo todavía en fase de I+D. Por tanto, es necesario continuar con la investigación básica y aplicada para entender totalmente los procesos físicos y químicos involucrados en el cambio de fase y los procesos termoquímicos. Esto implica avanzar también en el modelado de materiales y en la simulación de reacciones y procesos tanto a escala molecular como a escala macroscópica, así como avanzar en la operación y el control a nivel de componentes y de procesos.
Así pues, para conseguir un despliegue a nivel comercial seguirá siendo necesario un apoyo a la I+D por parte de los programas nacionales e internacionales ya que el almacenamiento térmico compacto todavía se encuentra en estado de desarrollo. Es necesario también que aumente el apoyo a proyectos de demostración para conseguir una base más sólida que permita desarrollar el gran potencial que tienen los sistemas de almacenamiento compacto.
En este sentido al término de la Tarea 42/29 se estableció la necesidad de crear una nueva Tarea que fuera continuación de la misma igualmente en el marco de los Programas SHC y ECES de la IEA, y que intentara dar respuesta a las barreras identificadas en la Tarea precedente.
Algunos de los retos que se plantean en la nueva Tarea consisten en continuar con el desarrollo y la caracterización de PCMs y TCMs prestando gran atención a su comportamiento a largo plazo en las condiciones de operación del sistema de almacenamiento en el que van a estar integrados. Es este sentido el estudio de los procesos de degradación frente a situaciones de ciclado térmico, así como la definición del tipo de ensayos y las propiedades que determinen dicha degradación serán algunas de las actividades prioritarias.
Referencias bibliográficas y Links relacionados:
[1] M. Rommel, A. Hauer, W. van Helden, IEA SHC Task 42 / ECES Annex 29. Compact Thermal Energy Storage, SHC 2015, International Conference on Solar Heating and Cooling for Buildings and Industry, Istanbul (Turkey), Dec. 2105. (and references therein). To be published as open access in Energy Procedia. Also available in the web sites below.
[3] http://task42.iea-shc.org/
Para más información sobre el Programa SHC (www.shc_iea.org)
Representantes Españoles (Ciemat)
Dr. M. José Jiménez Taboada; (mjose.jimenez@psa.es)
Dr. Ricardo Enríquez Miranda; (ricardo.enriquez@ciemat.es)
Agente Operador, por SHC, de la nueva Tarea sobre Almacenamiento Compacto de Energía Térmica
Wim van Helden
AgentschapNL / Wim van Helden Renewable Heat
wim@wimvanhelden.com