System-level comparison of thermal energy storage (TES) technologies in concentrating solar power (CSP) plants

La demanda mundial d'energia està augmentant, acompanyada de creixents preocupacions mediambientals, que han accelerat la transició cap a fonts d'energia més netes. La concentració d'energia solar (CSP) representa una opció d'energia renovable viable, utilitzant miralls o lents per concentrar la llum solar en un receptor, generant així altes temperatures per conduir un cicle d'energia de vapor. No obstant això, el CSP s'enfronta al desafiament de la llum solar intermitent, complicant la provisió d'una font d'alimentació coherent. L'emmagatzematge d'energia tèrmica (TES) mitiga aquest problema mitjançant l'emmagatzematge de l'excés de calor durant els períodes d'alta irradiació i l'allibera quan el recurs solar és insuficient, el que millora la flexibilitat i la fiabilitat de la generació d'energia. Actualment, la tecnologia predominant TES emprada en les plantes CSP és la sal fosa de dos tancs. Les alternatives emergents, com ara els sistemes de material de canvi de fase (PCM), ofereixen avantatges potencials de cost i rendiment, però la seva adopció continua sent limitada, complicant les proves en el món real. En conseqüència, les simulacions tenen un paper crucial en la facilitació de comparacions de rendiment just. Aquest estudi aborda aquest repte a través d'un enfocament de dues parts, desenvolupant i validant models que simulen el funcionament de tres tipus TES (sals foses, formigó i PCM), i avaluant la integració d'aquests sistemes d'emmagatzematge dins d'una planta de CSP. Els resultats mostren que, des del punt de vista de les operacions de les plantes, el TES sal fos és ideal per a escenaris que exigeixen una producció elèctrica màxima i coherent, especialment en xarxes elèctriques amb una necessitat significativa de capacitat d'energia renovable fiable. La millora de l'eficiència de viatge d'anada i tornada dels TES de formigó s'atribueix a l'ús d'un volum més gran amb components modulars, que potencialment disminueixen les sancions en el cas d'un cost de material molt baix. Per contra, els PCM TES no optimitzats podrien ser una opció viable en situacions en què els costos de capital, els requisits d'espai o la modularitat són les principals consideracions, malgrat el seu menor rendiment general. La idoneïtat de cada tecnologia TES depèn de les prioritats, ja sigui per maximitzar l'enviament, millorar l'eficiència en les condicions del mercat o minimitzar els costos de capital.