{"id":135183,"date":"2022-05-23T15:39:06","date_gmt":"2022-05-23T14:39:06","guid":{"rendered":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/?p=135183"},"modified":"2022-05-23T15:39:06","modified_gmt":"2022-05-23T14:39:06","slug":"power-to-heat-to-power-p2h2p-usando-microondas-y-sistemas-comerciales-de-almacenamiento-termico-de-gran-capacidad","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/2022\/05\/23\/135183","title":{"rendered":"Power-to-heat-to-power (P2H2P) usando microondas y sistemas comerciales de almacenamiento t\u00e9rmico de gran capacidad"},"content":{"rendered":"

Autores: E. Rojas, M. Rodriguez-Garc\u00eda, C. Valverde<\/strong><\/p>\n

Los sistemas Power-to-heat-to-power (P2H2P), tambi\u00e9n conocidos como bater\u00edas de Carnot, son, hoy en d\u00eda, unas de las soluciones mejor valoradas para facilitar una contribuci\u00f3n real y relevante de las tecnolog\u00edas renovables e\u00f3lica y fotovoltaica en el mercado el\u00e9ctrico actual [1]. Y es que, a fecha de hoy, no se dispone de bater\u00edas lo suficientemente grandes con la capacidad de almacenar de manera rentable el exceso de energ\u00eda producido por las plantas de energ\u00eda fotovoltaica y los parques e\u00f3licos. Para mantener el equilibrio entre la oferta y la demanda de energ\u00eda, los operadores de plantas de energ\u00eda fotovoltaica y parques e\u00f3licos reducen su producci\u00f3n de electricidad en momentos en que hay mucho sol o viento, pero poca demanda. Por lo tanto, parte del potencial de generaci\u00f3n de energ\u00eda con estas tecnolog\u00edas permanece sin explotar [2]. No es este el caso de las centrales termosolares que, gracias a sus ya comerciales sistemas de almacenamiento de gran capacidad (actualmente el sistema m\u00e1s grande es de 2GWe<\/sub>h, (https:\/\/estelasolar.org\/<\/a>) y relativo bajo coste de inversi\u00f3n (entre 20-55 \u20ac\/kWe<\/sub>h) [3], pueden gestionar su producci\u00f3n de forma independiente a la disponibilidad de recurso solar1<\/sup>. Estos sistemas utilizan como medio de almacenamiento una mezcla no eut\u00e9ctica de nitratos, llamada sal solar, en estado l\u00edquido que se va transfiriendo a uno de los dos tanques que configuran el sistema seg\u00fan se est\u00e9 haciendo un proceso de carga o de descarga. As\u00ed pues, la propuesta P2H2P es la de utilizar estos sistemas de almacenamiento t\u00e9rmico para almacenar el excedente el\u00e9ctrico de plantas e\u00f3licas y fotovoltaicas, transform\u00e1ndolo posteriormente de nuevo en energ\u00eda el\u00e9ctrica en bloques de potencia ya existentes, ya sean de centrales termosolares, de centrales de carb\u00f3n a punto de ser desmanteladas [4], o de cualquier otra central t\u00e9rmica de potencia (gas o, incluso, nuclear).<\/span><\/p>\n

\"\"<\/a><\/p>\n

Figura 1. Vista a\u00e9rea del sistema de almacenamiento en una planta termosolar de cilindro parab\u00f3lico. Se aprecian los dos tanques, as\u00ed como el tren de intercambiadores de la sal solar (sistema de almacenamiento) con aceite t\u00e9rmico (campo solar)<\/span><\/em><\/p>\n

Hasta la fecha, la conversi\u00f3n de electricidad en calor se ha contemplado hacerla con calentadores o intercambiadores el\u00e9ctricos, donde la energ\u00eda cin\u00e9tica de los electrones se convierte en energ\u00eda t\u00e9rmica, calentando el material por el que circulan (efecto Joule). Luego, este material transfiere el calor al medio de almacenamiento que est\u00e1 directamente en contacto con la resistencia calefactora, de modo que el intercambio de energ\u00eda se produce en su superficie. Con una eficiencia de conversi\u00f3n el\u00e9ctrico-t\u00e9rmica bastante alta, la transferencia de calor por convecci\u00f3n, as\u00ed como la inexistencia de zonas de remanso en el intercambiador el\u00e9ctrico determinan, en gran medida, la funcionalidad de este m\u00e9todo, sobre todo para l\u00edquidos que tienen poca conductividad t\u00e9rmica y que trabajan muy cerca de su l\u00edmite de temperatura de degradaci\u00f3n, como ocurre en el caso de la sal solar. Investigadores de la Unidad de Almacenamiento de Energ\u00eda T\u00e9rmica del Ciemat (http:\/\/www.psa.es\/es\/areas\/atycos\/index.php<\/a>) est\u00e1n explorando otros procesos de conversi\u00f3n el\u00e9ctrica-t\u00e9rmica que no tengan estas desventajas, como es el calentamiento por microondas [5].<\/span><\/p>\n

Las microondas (MW) son ondas electromagn\u00e9ticas con frecuencias en el rango de 0,3 a 300 GHz y, por lo tanto, ubicadas entre el infrarrojo y las ondas de radio. Cuando los materiales diel\u00e9ctricos (es decir, mol\u00e9culas o iones polares) se exponen a radiaciones de microondas, sus dipolos el\u00e9ctricos oscilan en su intento de alinearse con el campo el\u00e9ctrico alterno de esas ondas. A medida que estos dipolos giran, se producen fricciones y colisiones, aument\u00e1ndose la temperatura del medio. Esto se conoce como polarizaci\u00f3n dipolar.<\/span><\/p>\n

Durante las \u00faltimas d\u00e9cadas, las microondas se han utilizado cada vez m\u00e1s en procesos de calentamiento, mostrando beneficios en cuanto a la eficiencia, el ahorro de tiempo y la intensificaci\u00f3n de algunos procesos industriales a baja y alta temperatura (p. ej., secado, cocci\u00f3n, sinterizaci\u00f3n de cer\u00e1mica, curado de pol\u00edmeros, etc.). A diferencia del calentamiento por resistencias el\u00e9ctricas o efecto Joule, el calentamiento por microondas es un proceso volum\u00e9trico, selectivo en t\u00e9rminos de qu\u00e9 material se calienta y cu\u00e1l no, y con una respuesta muy r\u00e1pida de activaci\u00f3n y desactivaci\u00f3n. Esto conduce tanto a tasas de calentamiento muy altas como a importantes ahorros de energ\u00eda. Aunque las microondas pueden presentar problemas de fugas e interferencias con otras ondas electromagn\u00e9ticas, siendo problemas manejables dentro de unos l\u00edmites aceptables [3], se han seleccionado como fuente de calor en muchos procesos de la industria alimentaria, de tratamiento de residuos, de vitrificaci\u00f3n y tambi\u00e9n en la s\u00edntesis de materiales inorg\u00e1nicos en estado s\u00f3lido [6].<\/span><\/p>\n

Los investigadores del Ciemat han verificado que las propiedades diel\u00e9ctricas no solo de la sal solar, sino tambi\u00e9n de cada una de sus componentes de forma individual (KNO3<\/sub> y NaNO3<\/sub>), les hacen ser susceptibles de ser calentadas con este m\u00e9todo, por lo que ahora se encuentran trabajando en el desarrollo de un sistema completo \u2013y complejo- que pueda utilizarse en un sistema P2H2P.<\/span><\/p>\n

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Figura 2. Esquema de una planta de potencia h\u00edbrida termosolar y fotovoltaica con almacenamiento para ambas fuentes, usando microondas para el almacenamiento de la energ\u00eda el\u00e9ctrica fotovoltaica.<\/span><\/em><\/p>\n

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

[1] Dumont, et al., \u201cCarnot battery technology: A state-of-the-art review<\/em>\u201d, Journal of energy storage, 32, 101756 (2020), https:\/\/doi.org\/10.1016\/j.est.2020.101756<\/a><\/p>\n

[2] Martin Grolms, \u201cPower-to-Heat-to-Power<\/em>\u201d. Advance Science news, Mar (2019) https:\/\/www.advancedsciencenews.com\/power-to-heat-to-power\/<\/p>\n

[3] Crespo, The double role of CSP plants on the future Electrical Systems<\/em>, presented in the WBG Conference \u2018Concentrating Solar for Power and Heat\u2019 (2020)<\/p>\n

[4] Han, Y. Sun, J. Wu, \u201cA low-cost and efficient solar\/coal hybrid power generation mode: Integration of non-concentrating solar energy and air preheating process<\/em>\u201d, Energy<\/em>, 235, 121367 (2021), https:\/\/doi.org\/10.1016\/j.energy.2021.121367<\/a><\/p>\n

[5] Rodriguez-Garcia, M.M; Bayon, R.; Alonso, E.; Rojas, E. \u201cExperimental and Theoretical Investigation on Using Microwaves for Storing Electricity in a Thermal Energy Storage Medium\u201d<\/em>, SolarPACES2021 Conference<\/p>\n

[6] L. Lee, et al., \u201cNumerical modelling of liquid heating and boiling phenomena under microwave irradiation using OpenFOAM<\/em>\u201d, International journal of heat and mass transfer, 148, (2020), https:\/\/doi.org\/10.1016\/j.ijheatmasstransfer.2019.119096<\/p>\n

1<\/sup>Para ver la producci\u00f3n real horaria, no solo termosolar, sino de cualquier tecnolog\u00eda de generaci\u00f3n el\u00e9ctrica ver https:\/\/demanda.ree.es\/visiona\/peninsula\/demanda\/total<\/a>. Actualmente el sistemas retributivo que tienen las plantas termosolares no favorece ni mejoras en el funcionamiento y producci\u00f3n de estas plantas, ni un vertido de potencia a la red beneficioso para el sistema y el ciudadano.<\/span><\/em><\/p>\n

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

Esther Rojas, Investigadora Responsable del grupo CIEMAT-ATYCOS del Programa ACES2030-CM
\nCoordina ACES2030-CM: Manuel Romero \u00c1lvarez. IMDEA Energ\u00eda<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Autores: E. Rojas, M. Rodriguez-Garc\u00eda, C. Valverde Los sistemas Power-to-heat-to-power (P2H2P), tambi\u00e9n conocidos como bater\u00edas de Carnot, son, hoy en d\u00eda, unas de las soluciones mejor valoradas para facilitar una contribuci\u00f3n real y relevante de las tecnolog\u00edas renovables e\u00f3lica y fotovoltaica en el mercado el\u00e9ctrico actual [1]. Y es que, a fecha de hoy, no se dispone de bater\u00edas lo suficientemente grandes con la capacidad de almacenar de manera rentable el exceso de energ\u00eda producido por las plantas de energ\u00eda fotovoltaica y los parques e\u00f3licos. Para mantener el equilibrio entre la oferta y la demanda de energ\u00eda, los operadores de\u2026<\/p>\n","protected":false},"author":29,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"ngg_post_thumbnail":0},"categories":[1784,1],"tags":[],"blocksy_meta":{"styles_descriptor":{"styles":{"desktop":"","tablet":"","mobile":""},"google_fonts":[],"version":4}},"aioseo_notices":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/135183"}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/users\/29"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=135183"}],"version-history":[{"count":5,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/135183\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":135190,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/135183\/revisions\/135190"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=135183"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=135183"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=135183"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}