Las aleaciones a base de níquel y los aceros inoxidables que contienen níquel juegan un papel clave en un nuevo tipo de energía renovable llamada energía solar térmica o energía solar concentrada (CSP).
El uso de estos materiales ha permitido a la industria superar los desafíos en la tecnología de almacenamiento y transferencia de calor y, para proyectos con una vida útil de diseño de 40 años o más, puede ayudar a reducir la degradación del material o los costos de reemplazo.
Según la Agencia Internacional de Energía (IEO 2017), entre 2015 y 2040, el consumo de energías renovables (incluida la CSP) crecerá a una tasa anual del 2,3 por ciento. Actualmente existen más de 40 plantas termosolares en todo el mundo, y más de 20 de estas plantas se encuentran en etapa de planificación o construcción. Suelen ubicarse en zonas con alta irradiación solar, como España, India, Sudáfrica, China, Chile, Australia, Oriente Medio y Norte de África (MENA) y el sur de Estados Unidos.
Las centrales eléctricas de CSP de demostración ya estaban en funcionamiento en la década de 1980. Desde entonces, se ha avanzado mucho en la recolección y el almacenamiento de energía. La torre solar es una tecnología de concentración recientemente desarrollada en la que se utiliza sal fundida como fluido de transferencia de calor. La temperatura de fusión de la mezcla de nitrato es generalmente de 130 grados (268 grados F) o superior. Permanecen en forma líquida en tanques de almacenamiento aislados a temperaturas de 288 grados (550 grados F). Luego, la sal líquida se bombea a través de una tubería hacia un receptor solar y se calienta mediante radiación concentrada a temperaturas de hasta 566 grados (1050 grados F). El líquido de alta temperatura se alimenta luego a un tanque de almacenamiento de alta temperatura. El tanque de almacenamiento de alta temperatura también está aislado y puede almacenar energía térmica durante mucho tiempo.
El almacenamiento de electricidad térmica (TES) se utiliza para compensar los cambios en la demanda y las condiciones ambientales. La sal fundida se bombea a un generador de vapor según sea necesario para generar vapor para impulsar turbinas y generadores convencionales. TES tiene ventajas únicas sobre otras fuentes de energía renovable a gran escala y, en algunos casos, ni siquiera requiere combustible de generación de energía de respaldo. En el verano de 2013, un sistema de torres de sales fundidas en España produjo electricidad continua las 24 horas del día durante 36 días, por primera vez en la historia.
Crescent Dunes es una de esas centrales eléctricas en funcionamiento. Ubicado en Tonopah, Nevada, en el desierto al norte de Las Vegas, tiene una capacidad de generación neta de 110 megavatios y un tiempo TES de 10 horas. Esto significa que la central eléctrica puede generar electricidad a plena capacidad durante un máximo de 10 horas durante los períodos de máxima demanda. Más de 10,000 helióstatos reflejan la luz solar y concentran la energía en un receptor en la parte superior de una torre de 200-metros (640-pies). Cada helióstato consta de pequeños espejos con un área total de 115,7 metros cuadrados (1245 pies cuadrados). El área total de recolección de luz supera los 1,2 millones de metros cuadrados (12 millones de pies cuadrados). Desde su lanzamiento comercial en 2015, Crescent Dunes ha generado más de 173 gigavatios de electricidad, suficiente para satisfacer la demanda máxima de electricidad de unos 75000 hogares. Las torres solares y los CSP de sales fundidas forman la base de diseño para los nuevos proyectos planificados en Sudáfrica, Australia y Nevada. El proyecto Redstone de 100 MW en Sudáfrica satisfará la demanda máxima de electricidad de unos 200,000 hogares con un tiempo TES de 12 horas. Un nuevo proyecto masivo en Nevada tiene 10 torres solares con una capacidad de generación de 2 gigavatios (2,000 megavatios).
El uso deacero inoxidableyaleaciones de níquelha hecho posibles los sistemas de alta temperatura, donde el manejo de sales fundidas era un desafío anteriormente. Los diseñadores e ingenieros comenzaron a fabricar tubos receptores con aleaciones a base de níquel, como UNS N06617, N06625 y N06230, porque necesitaban mantener la resistencia a altas temperaturas durante largos períodos de tiempo --, una propiedad conocida como resistencia a la fluencia. Estas aleaciones son estables a las temperaturas de operación principalmente por su alto contenido de níquel y su resistencia a la oxidación.
El acero inoxidable tipo 347H (S34709) se usa para tanques de almacenamiento de alta temperatura.
A partir de 2016, la capacidad instalada total de CSP en todo el mundo alcanzó los 4815 MW. En 2017, España contaba con 2.300 MW de potencia instalada en funcionamiento, casi la mitad del total mundial. Estados Unidos tiene una capacidad instalada de 1.740 MW y cuenta con dos de los proyectos más grandes del mundo: la Estación de Energía Solar Avenpa (392 MW) y el Proyecto Solar Mojave (354 MW).
Crescent Dunes, ubicado en el desierto al norte de Las Vegas, Nevada, tiene una capacidad de generación de energía neta de 110 megavatios y un tiempo de TES de 10 horas. Esto significa que la central eléctrica puede generar electricidad a plena capacidad durante un máximo de 10 horas durante los períodos de máxima demanda.
Tecnología de concentración de torre solar
1. La luz solar se concentra a través de un gran campo de helióstatos y se refleja en un receptor en la parte superior de una torre de 195-metros (640-pies); 2. La sal líquida del tanque de sal fría se bombea al receptor y se calienta a 566 grados (1050 grados F); 3. La sal calentada en el receptor se almacena en un tanque de sal caliente; 4. La sal caliente se bombea al tanque de sal caliente a través del generador de vapor para formar vapor, que impulsa la turbina de vapor para generar electricidad; 5. La sal fría a 288 grados (550 grados F) regresa al tanque de sal fría; 6. El vapor condensado de la turbina de vapor se recicla repetidamente.
