Países de todo el mundo buscan formas de cambiar los combustibles fósiles por energía renovable. Sin embargo, uno de los principales desafíos a los que se enfrentan es la generación irregular de energía a partir de fuentes renovables como la eólica y la solar, que a menudo no coincide con los períodos de mayor consumo de energía. Por ejemplo, la energía solar puede generar un exceso de energía durante el verano, que luego se desecha. Por el contrario, no se genera suficiente energía para satisfacer las necesidades durante las tardes y los inviernos. Sin embargo, si el exceso de energía procedente de fuentes renovables pudiera capturarse y almacenarse para su uso posterior, se contribuiría en gran medida a permitir una transición completa para abandonar los combustibles fósiles.
Lukas Wehmeyer, Development Engineer, Kanthal."Este desafío está impulsando el desarrollo de nuevos sistemas de almacenamiento de energía, pero gran parte de la atención se centra en las soluciones basadas en baterías", afirma Lukas Wehmeyer, ingeniero de desarrollo de Kanthal. "La realidad es que las baterías no son capaces de almacenar la cantidad de energía necesaria. Estamos hablando de megavatios-hora en el rango de dos a tres dígitos. Una alternativa que creemos que tiene potencial para alcanzar antes esta capacidad es el almacenamiento de energía térmica".
¿Qué es el almacenamiento de energía térmica?
El concepto fundamental es que el exceso de energía, preferiblemente de una fuente renovable, se utiliza para alimentar un calentador de aire eléctrico, que luego se utiliza para calentar un material rocoso, como arena o roca volcánica. Luego, el calor se puede almacenar en la roca durante dos meses como máximo. Para liberarlo, se reintroduce aire frío en el sistema, generando vapor cuando entra en contacto con la roca volcánica y, esencialmente, convirtiendo el calor de nuevo en energía que puede descargarse en la red eléctrica. Al modernizar las centrales eléctricas fuera de servicio, se pueden seguir utilizando los ciclos de vapor existentes, lo que hace que el almacenamiento térmico también sea una opción rentable.
Creemos que podemos desempeñar un papel importante en el desarrollo de un sistema viable de almacenamiento de energía térmica.
Alba García-Hernández, Development Engineer, Kanthal."Creemos que podemos desempeñar un papel importante en el desarrollo de un sistema viable de almacenamiento de energía térmica utilizando nuestra experiencia para diseñar el calentador del sistema", afirma Alba García-Hernández, ingeniera de desarrollo de Kanthal. "Existe un enorme potencial en el mercado para una solución como esta".
Actualmente, hay un equipo en Alemania que está trabajando en el diseño y la fabricación de un prototipo que puede calentar aire hasta 800 °C. A finales de este año, se trasladará a las instalaciones de Kanthal en Hallstahammar, Suecia, para realizar pruebas de rendimiento.
"Hemos realizado cálculos analíticos y simulaciones numéricas, como las simulaciones de flujo de fluidos y transferencia de calor; ahora solo tenemos que validar esas simulaciones y verificar los resultados", dice Lukas. "Realmente queremos probar los límites de la tecnología en cuanto a temperaturas de salida, temperaturas de los elementos y el flujo de fluidos que atraviesa el calentador. Una cosa es desarrollar una gran solución en teoría y mediante cálculos, pero al final tenemos que ver que funciona en la práctica".
Tecnología probada con un nuevo propósito
El prototipo se basa en la tecnología puercoespín de Kanthal, que se desarrolló por primera vez en la década de 1970 y se utiliza actualmente en los casetes de calentamiento de aire Kanthal®. El diseño exclusivo de la tecnología permite que una gran proporción de la superficie del elemento esté en contacto con el aire, lo que da lugar a una transferencia de calor altamente eficiente. El prototipo puede suministrar 1,3 megavatios y, si las pruebas tienen éxito, el siguiente paso será ampliarlo a un sistema mucho más grande.
"Si los resultados de las pruebas muestran que nuestras simulaciones son correctas, entonces sabremos que los mecanismos funcionan", afirma Alba. "Entonces será solo una cuestión de ampliar la escala y esa no es la parte más difícil del proyecto. Si las pruebas tienen éxito, entonces mostraremos al mercado que podemos ofrecer una solución que funciona y tendremos los datos para demostrarlo".
Además del almacenamiento de energía térmica, el nuevo sistema de calentamiento también ofrece un enorme potencial en otros procesos que requieren grandes cantidades de aire caliente, como los procesos de secado en la industria cerámica. El objetivo es ampliar la tecnología para que también pueda aprovechar estas oportunidades.