Los ladrillos refractarios, diseñados para soportar altas temperaturas, han sido parte de nuestro arsenal tecnológico durante al menos tres milenios, desde la era de los hititas. Ahora, una propuesta de los investigadores del MIT muestra que esta antigua invención podría desempeñar un papel clave para habilitar al mundopara alejarse de los combustibles fósiles y confiar en cambio en fuentes de energía libres de carbono.
La idea de los investigadores es utilizar el exceso de electricidad producida cuando la demanda es baja, por ejemplo, de parques eólicos cuando soplan fuertes vientos por la noche, mediante el uso de calentadores de resistencia eléctrica, que convierten la electricidad en calor.use el exceso de electricidad para calentar una gran masa de ladrillos refractarios, que pueden retener el calor durante largos períodos si están encerrados en una carcasa aislada. Posteriormente, el calor podría usarse directamente para procesos industriales, o podría alimentar a los generadoresque la convierten de nuevo en electricidad cuando se necesita energía.
La tecnología en sí es antigua, pero su utilidad potencial es un fenómeno nuevo, provocado por el rápido aumento de las fuentes de energía renovables intermitentes y las peculiaridades de la forma en que se establecen los precios de la electricidad. Tecnológicamente, el sistema "podría haberse desarrollado enla década de 1920, pero no había mercado para eso ", dice Charles Forsberg, científico investigador del Departamento de Ciencia e Ingeniería Nuclear del MIT y autor principal de un trabajo de investigación que describe el plan, que aparece esta semana en el Diario de electricidad .
Forsberg señala que la demanda de calor industrial en los EE. UU. Y en la mayoría de las regiones industrializadas es en realidad mayor que la demanda total de electricidad. Y a diferencia de la demanda de electricidad, que varía enormemente y a menudo de manera impredecible, la demanda de calor industrial es constante ypuede utilizar una fuente de calor adicional siempre que esté disponible, proporcionando un mercado casi ilimitado para el calor proporcionado por este sistema basado en ladrillos refractarios.
El sistema, que Forsberg llama FIRES para almacenamiento de energía calentado por resistencia a fuego de incendio, en efecto elevaría el precio mínimo de la electricidad en el mercado de servicios públicos, que actualmente puede caer a casi cero en momentos de alta producción, como el mediode un día soleado cuando la producción de la planta solar está en su punto máximo.
Los precios de la electricidad se determinan con un día de anticipación, con un precio separado para cada segmento de una hora del día. Esto se realiza a través de un sistema de subasta entre los productores y los distribuidores de energía. Los distribuidores determinan cuánta energía esperan necesitar.durante cada hora, y los proveedores ofertan según sus costos esperados para producir esa energía. Dependiendo de las necesidades en un momento dado, estos precios pueden ser bajos, si solo se necesitan plantas de gas natural de carga base, por ejemplo, o pueden ser mucho más altossi la demanda requiere el uso de plantas de energía "pico" mucho más caras. Al final de cada subasta, los distribuidores calculan cuántas de las ofertas serán necesarias para satisfacer la demanda proyectada y el precio que se pagará a todoslos proveedores se determinan por la oferta de mayor precio de todos los aceptados para esa hora.
Pero ese sistema puede conducir a resultados extraños cuando la energía que es muy barata de producir energía solar, eólica y nuclear, cuyos costos operativos reales son muy pequeños puede suministrar lo suficiente para satisfacer la demanda. Luego, el precio de los proveedoresobtener la potencia puede estar cerca de cero, lo que hace que las plantas no sean económicas.
Pero al desviar gran parte de ese exceso de producción al almacenamiento térmico calentando una gran masa de ladrillos refractarios, luego vendiendo ese calor directamente o usándolo para impulsar turbinas y producir energía más tarde cuando sea necesario, FIRES podría esencialmente establecer un límite más bajo en el mercadoel precio de la electricidad, que probablemente sería el precio del gas natural. Eso, a su vez, podría ayudar a hacer que más fuentes de energía libres de carbono, como la solar, eólica y nuclear, sean más rentables y, por lo tanto, alentar su expansión.
El colapso de los precios de la electricidad debido a la expansión de la energía no fósil ya está ocurriendo y continuará aumentando a medida que aumenten las instalaciones de energía renovable ". En los mercados de electricidad como Iowa, California y Alemania, el precio de la electricidad cae a casi cero en ocasionesde alta producción eólica o solar ", dice Forsberg. Una vez que la cantidad de capacidad de generación proporcionada por la energía solar alcanza aproximadamente el 15 por ciento de la mezcla generadora total, o cuando la energía eólica alcanza el 30 por ciento del total, la construcción de tales instalaciones puede dejar de ser rentable a menos que existaes una capacidad de almacenamiento suficiente para absorber el exceso para su uso posterior.
En la actualidad, las opciones para almacenar el exceso de electricidad están esencialmente limitadas a baterías o sistemas hidroeléctricos bombeados. Por el contrario, el sistema de almacenamiento térmico de ladrillo de baja tecnología costaría entre una décima y una cuadragésima parte de cualquiera de esas opciones, Dice Forsberg.
Firebrick en sí mismo es solo una variante de ladrillos ordinarios, hecho de arcillas que son capaces de resistir temperaturas mucho más altas, que varían hasta 1,600 grados Celsius o más. Prácticamente es muy barato de producir; la arcilla es, después de todo, solo un tipo particularde tierra: se han encontrado ladrillos de alta temperatura en sitios arqueológicos que datan de hace aproximadamente 3.500 años, como en hornos de fundición de hierro construidos por los hititas en lo que ahora es Turquía. El hecho de que estos ladrillos hayan sobrevivido hasta ahora atestiguaa su durabilidad.
Hoy en día, al variar la composición química de la arcilla, el ladrillo de fuego se puede hacer con una variedad de propiedades. Por ejemplo, los ladrillos que se colocarán en el centro del ensamblaje podrían tener una alta conductividad térmica, de modo que puedan absorber fácilmente el calorde los calentadores de resistencia. Estos ladrillos podrían fácilmente ceder ese calor al aire frío que se sopla a través de la masa para eliminar el calor para uso industrial. Pero los ladrillos utilizados para las partes externas de la estructura podrían tener una conductividad térmica muy baja, creando asíuna cubierta aislante para ayudar a retener el calor de la pila central.
El límite actual en FIRES son los calentadores de resistencia. Los calentadores confiables y de bajo costo existentes solo llegan a alrededor de 850 C. En última instancia, sugiere Forsberg, los ladrillos mismos podrían hacerse eléctricamente conductores, para que pudieran actuar como resistencia de bajo costolos calentadores por sí solos, tanto produciendo como almacenando el calor. Un material prometedor para estos ladrillos refractarios es el carburo de silicio, que ya se produce a gran escala para usos como papel de lija. Actualmente, China produce alrededor de un millón de toneladas por año, dice Forsberg.
dice que volver a convertir ese calor en electricidad es un desafío técnico mayor, por lo que probablemente sea una versión de próxima generación del sistema FIRES, dice. Esto se debe a que la producción de electricidad con las turbinas convencionales utilizadas para las plantas de energía de gas natural requiere mucho másSi bien el calor del proceso industrial es viable a aproximadamente 800 ° C, dice, las turbinas necesitan aire comprimido calentado a al menos 1.600 ° C. Los calentadores de resistencia ordinarios no pueden llegar tan alto, y tales sistemas también necesitarán un recipiente de presión envolvente para manejarla presión de aire necesaria, pero la ventaja sería grande: duplicar la temperatura de funcionamiento reduciría a la mitad el costo del calor producido, dice Forsberg.
El siguiente paso, dice Forsberg, será establecer algunas unidades prototipo a gran escala para probar los principios en condiciones del mundo real, algo que espera que suceda para 2020. "Estamos encontrando los clientes adecuados para esas unidades iniciales", dice, que probablemente sería una empresa como una refinería de etanol, que utiliza mucho calor, ubicada cerca de una instalación considerable de aerogeneradores".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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