La energía solar concentrada surge como un propiciador fundamental de la transición energética
La energía solar concentrada (CSP) almacena la energía del sol en forma de calor para permitir que las compañías de servicios públicos produzcan electricidad sin carbono. Las plantas de CSP pueden generar electricidad de 18 a 24 horas por día, y especialmente durante la noche, cuando los paneles solares no funcionan.
Esta forma de almacenamiento de energía proporciona una fuente de carga base para la energía que mejora la eficiencia operativa y reduce los costos. La CSP también puede ser utilizada por la industria como fuente de calor para los procesos de fabricación.
Con temperaturas que alcanzan los 600 °C (1,112 °F), las plantas de CSP necesitan equipos de control de caudal especializados y probados que puedan soportar el calor y seguir funcionando. Si su empresa logra superar los desafíos técnicos que implica la CSP, obtendrá los siguientes beneficios:
- Reducir las emisiones de dióxido de carbono (CO2) relacionadas con la producción de energía
- Lograr metas para la transición de los combustibles fósiles hacia fuentes que no generen emisiones de carbono
Desarrollar energías renovables como la CSP está en el centro mismo de una estrategia de transición energética superior. De ese tema hablé en Destination Innovation, la exposición virtual de Flowserve. El objetivo final de utilizar este método de almacenamiento de energía que no genera emisiones de carbono es ofrecer el rango completo de temperaturas que necesitan los procesos industriales. Algunos ejemplos son la fabricación de cemento y vidrio, la producción de hidrógeno (H2), la desalinización de agua de mar y el procesamiento de alimentos.
Calentamiento de procesos industriales de forma confiable
La CSP almacena el calor de forma eficiente y confiable, de manera que la energía permite que una planta siga operando después del atardecer. Esta es la principal ventaja de la CSP en comparación con la tecnología fotovoltaica (PV) que se usa en las plantas de energía solar convencionales.
Los rápidos avances en materia de diseño y capacidad de temperatura de la CSP están impulsando su adopción por las siguientes razones:
- ~Están disponibles 5,000 MW de generación de energía comercial operativa en el mundo
- ~Se planea alcanzar una nueva capacidad de 4,300 MW en los próximos dos a tres años
Los concentradores solares parabólicos son la configuración más común de la CSP. Dirigen la luz solar hacia tuberías en las que circulan sales fundidas. Las sales absorben el calor, que se transfiere a un tanque de retención a lo largo del día. El calor se utiliza para generar electricidad inmediatamente o más adelante. Cuando la CSP se aplica directamente a procesos industriales, cualquier calor residual o de proceso también puede utilizarse para generar electricidad para la instalación o transmitirse a una red de servicio público.
Las torres de energía son el nuevo diseño de planta CSP más común. Estas torres pueden operar a temperaturas más altas y son más eficientes que los concentradores solares parabólicos. Las sales de nitrato se utilizan en todos los sistemas CSP, pero esto cambiará. Las demandas por alcanzar temperaturas operativas incluso más altas y de lograr una eficiencia mejorada requieren cambiar por sales de cloruro, junto con equipos de control de caudal de construcción más robusta. Al hacerlo, las plantas CSP pueden soportar no solo temperaturas más altas, sino condiciones más corrosivas.
Rendimiento de sistema CSP: lea "Flow Control in Solar Power Generation", Parte 1 y Parte 2
Cuál es el próximo paso para respaldar la adopción de la CSP
La búsqueda de una mayor eficiencia y de menores costos está ampliando los límites de las soluciones que existen hasta ahora. El objetivo para la CSP es $0.05/kWh para 2030. Pero para que eso suceda, la confiabilidad del sistema debe mejorarse.
Entre los desafíos a superar se encuentran cómo mejorar la resistencia a la corrosión y reducir al mínimo las filtraciones.
Con las unidades CSP de sal de nitrato (generación 2), se pueden alcanzar temperaturas de 580 °C (1,076 °F). Al utilizar sales de cloruro o fluoruro en las unidades de CSP de generación 3, se pueden alcanzar temperaturas de 750 °C (1,382 °F) o superiores.
Las sales de fluoruro son costosas. Si bien son menos costosas, las sales de cloruro son más corrosivas, es decir, pueden dañar las válvulas y dar lugar tanto a fallas en los equipos como a tiempo de inactividad no programado. El uso de sales de cloruro requiere el desarrollo de nuevos materiales con los cuales construir las válvulas y bombas. Lo que se necesita son diseños de válvulas avanzados que incorporen materiales con níquel de alta resistencia, que soportan mejor las condiciones corrosivas.
A estos obstáculos se suman los problemas actuales de las plantas CSP a base de nitrato actuales, como las filtraciones de sal a través de las empaquetaduras y las juntas, los intervalos de mantenimiento cortos y la recuperación luego de situaciones de congelación de sal.
Lidiar con problemas térmicos y de sellado dinámico
Para maximizar su inversión en instalaciones CSP, asóciese con especialistas que ofrezcan una cartera de válvulas de sales fundidas y bombas de turbina vertical. Flowserve es líder en estas aplicaciones. Diseñamos equipos de control de caudal para que funcionen durante décadas en los entornos más exigentes con los máximos niveles de rendimiento y fiabilidad.
Un ejemplo es la válvula de globo Valtek® Mark One™ de Flowserve, que se especifica como una válvula de control y aislamiento en los sistemas CSP. Nuestra configuración actual de generación 2 incluye sellos de fuelle y O-rings de metal presurizados para sellos de juntas. En combinación con una arandela de carga especial debajo de los pernos del cuerpo, estas características compensan los problemas de expansión térmica, mantienen el sellado dinámico y proporcionan una capacidad de sellado comprobada para evitar fugas.
El control cuidadoso del calentamiento térmico y la supervisión de la temperatura ayudan a evitar la flexión del fuelle en presencia de sal sólida.
Con la demanda de temperaturas operativas más altas de generación 3 que utilizan sales de cloruro más corrosivas, los nuevos materiales pueden combinarse con diversos cambios de diseño para cumplir los requisitos de rendimiento.
Optimizar el control de válvulas comprobado
Nuestra tecnología de válvulas de control de última generación incorpora aleaciones de níquel de alta resistencia y cerámica en la construcción de los componentes de las válvulas. También hemos desarrollado sistemas de empaquetadura doble presurizados que resisten la oxidación, la corrosión y la empaquetadura de sal. Nuestro cartucho de empaquetadura de cambio rápido facilita la sustitución de la empaquetadura cuando es necesario el mantenimiento.
La válvula de control Valtek Mark One para aplicaciones CSP ahora incluye sellos especiales que pueden manejar los ciclos térmicos sin filtraciones. La nueva tecnología de construcción de fuelles presurizados multicapa reduce el diferencial de presión a través de las paredes de los fuelles, lo que hace posible que estos tipos de sellos tengan una vida útil más larga y mayor resistencia a la corrosión y la ruptura.
Asimismo, los nuevos métodos para controlar las temperaturas del sistema a través de un sistema la gestión térmica (TMS) independiente mejoran de forma significativa la capacidad de recuperar un sistema CSP de una congelación de sal.
Y no nos detuvimos allí. Flowserve está desarrollando métodos para el aislamiento de las zonas de corrosión de componentes fundamentales de la válvula para prolongar su vida útil. Al combinar estas mejoras con nuestra probada tecnología CSP de generación 2 y nuestra experiencia, se puede lograr un sistema completo de válvulas de control que aborde todos los problemas específicos que los operadores de una planta CSP pueden tener.
Asóciese con expertos en el proceso de sales fundidas
Las inversiones continuas en instalaciones CSP por parte de empresas como la suya ayudarán a impulsar más mejoras en las tecnologías de sales fundidas. Estas incluyen la incorporación de otros tipos de sales que transfieran y almacenen el calor de una manera más eficiente o que se usen en procesos petroquímicos, y sistemas de reactores de generación 4 alimentados con sales líquidas a baja presión.
Para llevar esto al mercado se debe hacer de manera que a usted le permita seguir sus cronogramas de trabajo, lograr objetivos de negocios y cumplir con sus metas de transición energética. Para conseguir todo eso, se necesita contar con un socio de equipos de control de caudal con recursos a nivel mundial, con una profunda experiencia en ingeniería para generar innovación en materiales y con capacidad para instrumentar diseños que soporten altas temperaturas y entornos CSP corrosivos.
También requiere de un socio de control de caudal con capacidad de prueba avanzadas. Y esta es la única manera en la que debería invertir en nuevos diseños de válvulas de control. Trabajar con un socio de este tipo le permite estar seguro de que sus sistemas de suministro de energía fundamentales reducirán al mínimo las filtraciones, mejorarán la eficiencia y funcionarán de manera confiable para evitar el tiempo improductivo no previsto.
La experiencia de Flowserve: nuestro personal
Jeff Parrish es un especialista en aplicaciones de válvulas y es miembro del equipo de Flowserve que está desarrollando la tecnología de válvulas de última generación, centrada en la transición energética. Él es uno de nuestros expertos en diseño de válvulas de sales fundidas, pirólisis de metano para la producción de H2, desarrollo de reactor modular pequeño (SMR) de generación 4 y de reactor de sales fundidas (MSR), ciclos de energía CO2 supercrítica y captación de carbono de sal fundida a alta temperatura.
