{"id":134508,"date":"2020-09-18T13:08:18","date_gmt":"2020-09-18T12:08:18","guid":{"rendered":"http:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/?p=134508"},"modified":"2020-09-18T13:08:18","modified_gmt":"2020-09-18T12:08:18","slug":"mejorando-la-durabilidad-y-eficiencia-de-plantas-termosolares","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/2020\/09\/18\/134508","title":{"rendered":"Mejorando la durabilidad y eficiencia de plantas termosolares"},"content":{"rendered":"

Autores:<\/strong> Noelia Mart\u00ednez1,2<\/sup>, David Merino1<\/sup>, \u00c1lvaro Rico1<\/sup>, Claudio J. M\u00fanez1<\/sup>, Pedro Poza1<\/sup><\/strong><\/p>\n

1<\/sup> DIMME \u2013 Grupo de Durabilidad e Integridad de Materiales Estructurales, Universidad Rey Juan Carlos, C\/ Tulip\u00e1n s.n. 28933 M\u00f3stoles, Madrid.<\/strong><\/p>\n

2<\/sup> Abengoa Energ\u00eda, Departamento de Energ\u00eda Solar, Energ\u00eda Solar 1, 41014 Sevilla.<\/strong><\/p>\n

La energ\u00eda solar de concentraci\u00f3n (\u201cConcentrated Solar Power\u201d, CSP) tiene el potencial de llegar a ser una de las energ\u00edas renovables con mayor presencia en la energ\u00eda el\u00e9ctrica consumida a nivel mundial. La necesidad de reducir las emisiones de gases con efecto invernadero, para afrontar el reto del cambio clim\u00e1tico, obliga a aumentar el peso de las energ\u00edas renovables en el mix energ\u00e9tico [1]. La energ\u00eda solar de concentraci\u00f3n presenta algunas ventajas frente a otras renovables, como poder gestionarla gracias a las posibilidades de almacenamiento. Los estudios realizados por la Uni\u00f3n Europea para reducir las emisiones de CO2<\/sub> predicen que la energ\u00eda solar de concentraci\u00f3n puede llegar a alcanzar el 11% del total de la energ\u00eda consumida.<\/span><\/p>\n

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Figura 1. Plantas solares de concentraci\u00f3n construidas por Abengoa. a) Planta Xina Solar One con tecnolog\u00eda cilindro parab\u00f3lica construida en Sud\u00e1frica. b) Plataforma solar de Sanl\u00facar con tecnolog\u00eda de torre.<\/em><\/p>\n

La tecnolog\u00eda asociada a la energ\u00eda solar de concentraci\u00f3n se basa en focalizar la energ\u00eda del sol, mediante un sistema espejos, sobre un receptor, que constituye un caso particular de intercambiador de calor. La radiaci\u00f3n solar incide sobre el receptor donde se transforma en energ\u00eda t\u00e9rmica que calienta un fluido portador. Se utilizan diferentes configuraciones como los sistemas cilindro-parab\u00f3licos, donde el receptor se encuentra en el foco lineal de un espejo parab\u00f3lico (Figura 1a), o las plantas de torre, en las que un campo de heli\u00f3statos se focaliza sobre un receptor de grandes dimensiones situado en una torre (Figura 1b).<\/span><\/p>\n

La eficiencia de la producci\u00f3n de energ\u00eda depende de la capacidad del receptor para recoger la radiaci\u00f3n solar. Por tanto, es necesario modificar la superficie del tubo met\u00e1lico con recubrimientos que aporten una elevaba absortividad de la radiaci\u00f3n solar (a) y una baja emisividad t\u00e9rmica (e). Desde un punto de vista estructural, estos recubrimientos deben ser capaces de operar en condiciones de alta temperatura, en un medio agresivo, y sometido acciones mec\u00e1nicas que degradar\u00e1n el material por procesos de fatiga, erosi\u00f3n y desgaste. Estos requerimientos funcionales y estructurales obligan a utilizar recubrimientos absorbedores capaces de mantener la integridad estructural en las condiciones de servicio. Sin embargo, las soluciones empleadas en la actualidad no son satisfactorias, ni desde el punto de vista funcional ni desde los requisitos estructurales, y constituye una de las principales limitaciones al desarrollo de la nueva generaci\u00f3n de plantas termosolares.<\/span><\/p>\n

Precisamente una de las l\u00edneas de investigaci\u00f3n del grupo URJC-SOLAR, dentro del Programa de Actividades de I+D ACES 2030, es la mejora del comportamiento de los recubrimientos utilizados en los receptores centrales de plantas solares de concentraci\u00f3n con tecnolog\u00eda de torre. Se han seguido dos estrategias: optimizar la durabilidad de los recubrimientos que se utilizan en la actualidad, fundamentalmente pinturas refractarias de base silicona con absortividades del orden del 96%, y desarrollar nuevos recubrimientos, mediante t\u00e9cnicas de proyecci\u00f3n t\u00e9rmica.<\/span><\/p>\n

El an\u00e1lisis de la durabilidad de pinturas refractarias se ha realizado mediante ensayos de nanorayado, descritos en la Figura 2. Estos ensayos permitieron determinar la tasa de desgaste, definida como el volumen de recubrimiento arrancado por unidad de carga aplicada y distancia recorrida.<\/span><\/p>\n

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Figura 2. Ensayos de nanorayado: una punta de diamante se desplaza por la superficie del recubrimiento bajo la acci\u00f3n de una carga normal, generando un surco en el material. a) Esquema del ensayo. b) Imagen obtenida mediante microscop\u00eda de fuerzas at\u00f3micas del surco generado.<\/em><\/p>\n

Se midi\u00f3 la tasa de desgaste de pinturas refractarias fabricadas siguiendo diferentes tratamientos t\u00e9rmicos. Los resultados muestran una gran influencia de las condiciones de fabricaci\u00f3n en la tasa de desgaste (Figura 3a). Por otra parte, la durabilidad de las pinturas se correlaciona con su temperatura de transici\u00f3n v\u00edtrea (Figura 3b). En consecuencia, las prestaciones de los recubrimientos utilizados pueden mejorarse eligiendo adecuadamente las condiciones de aplicaci\u00f3n de las pinturas [2].<\/span><\/p>\n

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Figura 3. a) Tasa de desgaste medida en diferentes condiciones de curado de las pinturas. El recubrimiento E presenta la mejor durabilidad al tener la menor tasa de desgaste. b) Correlaci\u00f3n entre la tasa de desgaste y la temperatura de transici\u00f3n v\u00edtrea de las pinturas.<\/em><\/p>\n

Finalmente se est\u00e1n buscando nuevos recubrimientos con propiedades mejoradas fabricados por t\u00e9cnicas de proyecci\u00f3n t\u00e9rmica. Mediante esta tecnolog\u00eda de fabricaci\u00f3n pueden depositarse metales, cer\u00e1micas y mezclas metal-cer\u00e1mica sobre la superficie del tubo receptor, fabricado en acero. Se han estudiado recubrimientos formados por \u00f3xidos cer\u00e1micos, que pueden llegar a proporcionar absortividades superiores a las de las pinturas siliconadas con una vida en servicio m\u00e1s larga. Sin embargo, las propiedades de estos recubrimientos, tanto funcionales como estructurales, dependen en gran medida de las condiciones de fabricaci\u00f3n. En la actualidad se est\u00e1 realizando un an\u00e1lisis detallado que permita optimizar las condiciones de fabricaci\u00f3n para obtener las m\u00e1ximas prestaciones.<\/span><\/p>\n

Referencias<\/strong><\/p>\n

[1]\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 European Commission. Roadmap 2050. Policy 2012:1\u20139. https:\/\/doi.org\/10.2833\/10759.<\/p>\n

[2]\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 Mart\u00ednez N, Rico A, M\u00fanez CJ, Prieto C, Poza P. Improving durability of silicone-based paint coatings used in solar power plants by controlling consolidation procedures. Sol Energy 2020;199:585\u201395.\u00a0https:\/\/doi.org\/10.1016\/j.solener.2020.02.049<\/a><\/p>\n

Contacto<\/strong><\/p>\n

Pedro Poza, Investigador del Grupo URJC-SOLAR del Programa ACES2030-CM.<\/p>\n

Coordina ACES2030-CM: Manuel Romero \u00c1lvarez. IMDEA Energ\u00eda<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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