Análisis técnico-económico de la integración de excedentes eléctricos en una central termosolar con almacenamiento térmico. Comparación sales fundidas vs partículas sólidas

Abstract

El calentamiento global es uno de los mayores desafíos que enfrenta la humanidad. Este fenómeno está principalmente causado por el consumo excesivo de combustibles fósiles, lo cual provoca un incremento en la concentración de gases de efecto invernadero, resultando en el aumento de la temperatura superficial promedio de la Tierra. Para mitigar este problema, se están explorando múltiples alternativas, entre las cuales destaca la generación de electricidad mediante tecnologías renovables, siendo especialmente relevante la energía solar térmica. Esta tecnología es crucial porque permite la generación eléctrica sin emisiones de gases de efecto invernadero y, a su vez, puede proporcionar energía bajo demanda gracias a sus sistemas de almacenamiento térmico. A pesar de las ventajas de la energía solar térmica, su implementación sigue siendo más costosa en comparación con otras alternativas, como la energía eólica o la solar fotovoltaica. Este inconveniente ha llevado a una preferencia por la instalación de estas tecnologías más económicas en sistemas con una creciente potencia renovable instalada. Sin embargo, estas tecnologías no son gestionables, lo que resulta en un aumento de la frecuencia y magnitud de la producción de excedentes eléctricos que no se pueden utilizar. En este contexto, el presente trabajo ha planteado una potencial solución a ambos problemas. Por un lado, se ha implementado una central termosolar de torre con almacenamiento térmico, comparando dos tecnologías de almacenamiento: el estándar de sales fundidas frente a la alternativa de partículas sólidas fluidizadas. Esto se ha realizado con el objetivo de producir una mayor cantidad de electricidad de una forma más eficiente y abaratar así los costes de este tipo de plantas para hacerlas más competitivas. Adicionalmente, se ha implementado una batería de Carnot en cada una de las centrales, aprovechando así los excedentes eléctricos que se producen anualmente en España. Una vez definidos los diferentes escenarios, se ha llevado a cabo un estudio técnico-económico con el objetivo de evaluar todas las opciones planteadas. Los resultados principales indican que, únicamente cambiando el tipo de almacenamiento de sales fundidas a partículas sólidas, se obtiene un 7% más de producción eléctrica y una reducción de los costes nivelados de energía de hasta un 9% a favor de la central con partículas en comparación con la de sales fundidas. Además, considerando el período de estudio de producción de excedentes eléctricos en España de 2016 a 2021, se observa un aumento en la producción eléctrica de hasta un 16% y 22% para los casos de sales fundidas y partículas sólidas, respectivamente, en comparación con los mismos escenarios sin implementar excedentes eléctricos. Por otro lado, los costes nivelados de energía resultaron ser entre un 35% y un 42% superiores en los escenarios que integran los excedentes energéticos respecto a aquellos que no los integran. Estos hallazgos subrayan la relevancia de optimizar las tecnologías de almacenamiento y aprovechar los excedentes eléctricos para mejorar la eficiencia y reducir los costes de las centrales termosolares, contribuyendo así de manera más efectiva a la mitigación del calentamiento global.