Enginyers del MIT han elaborat un disseny conceptual per a un sistema d'emmagatzematge d'energies renovables, com són l'energia solar i l'eòlica, per retornar aquesta energia a una xarxa elèctrica sota demanda. El sistema pot ser dissenyat per subministrar energia elèctrica a una petita ciutat no només quan hi hagi Sol o vent, sinó durant tot el dia.
El nou disseny emmagatzema la calor generada per l'excés d' electricitat a partir de l'energia solar o eòlica en grans dipòsits de silici fòsmic i converteix la llum en electricitat quan es necessari. Els investigadors estimen que aquest sistema seria molt més assequible que les bateries de ions de liti, ja que s'ha proposat com un mètode viable, encara que costós, per emmagatzemar energies renovables. També estimen que el sistema costaria gairebé la meitat del que val l'emmagatzematge hidroelèctric de bombeig, que encara és la forma més barata d'emmagatzematge d'energia a gran escala.
Donda a la intermitència en la generació de les fons renovàbles, aquest desenvolupament esdevé com una nova tecnologia que, si tingués èxit, solucionaria aquest crític i important problema sobre l'emmagatzemat que afecta en l'ús de l'energia i el canvi climàtic.
El nou sistema d'emmagatzematge prové d'un projecte en què els investigadors van buscar maneres per augmentar l'eficiència d'una forma d'energia renovable coneguda com a energia solar concentrada. A diferència de les plantes solars convencionals que utilitzen panells solars per convertir la llum directament en electricitat, l'energia solar concentrada requereix de grans superficies amb enormes miralls que concentren la llum del sol en una torre central on la llum es converteix en calor que acaba transformant-se en electricitat.
La raó per la qual la tecnologia és interessant és que, una vegada que es fa aquest procés de focalització de la llum per obtenir calor, es pot emmagatzemar el calor de forma molt més econòmica en comptes d'emmagatzemar electricitat.
Les plantes solars concentrades emmagatzemen la calor solar en grans dipòsits plens de sal, que s'escalfa a altes temperatures. Quan es necessita electricitat, la sal calenta es bombeja a través d'un intercanviador de calor, que transfereix la calor de la sal al vapor. Una turbina transforma mitjançant el seu moviment, aquest vapor en electricitat.
Aquesta tecnologia ha existit durant un temps, però s'ha pensat que el seu cost mai seria prou baix per competir amb el gas natural. Així que, s'ha decidit treballar per operar a temperatures molt més altes, per la qual cosa podria utilitzar un motor de calor més eficient i reduir el cost.
Tanmateix, si es feia escalfar la sal molt més enllà de les temperatures actuals, la sal corroia els dipòsits d'acer inoxidable en què estava emmagatzemada. Així, l'equip d'en Henry va buscar un mitjà que no fos la sal que podria emmagatzemar calor a temperatures molt més altes. Inicialment van proposar un metall líquid i finalment es van establir sobre el silici: el metall més abundant a la Terra, que pot suportar temperatures increïblement elevades de més de 4.000 graus Fahrenheit.
L'any passat, l'equip va desenvolupar una bomba que podia resistir aquesta calor incandescent, de manera que es podria obtenir des de del silici líquid a través d'un sistema d'emmagatzematge renovable. La bomba té la major tolerància a la calor, que ha estat una gesta reconeguda i registrada al "The Guiness Book of World Records". Des d'aquest desenvolupament, l'equip ha dissenyat un sistema d'emmagatzematge d'energia que podria incorporar una bomba d'alta temperatura.
Ara, els investigadors han esbossat el seu concepte per a un nou sistema d'emmagatzematge d'energia renovable, que s'anomena Termal Energy Grid System Múltiple Junction Photovoltaic TEGS-MPV. En comptes d'utilitzar grans camps amb miralls i una torre central per concentrar calor, es proposen convertir l'energia elèctrica generada per qualsevol font renovable, com és la llum del Sol o el vent, a l'energia tèrmica, a través del calor de Joule.
El sistema podria combinar-se amb els sistemes d'energia renovables existents, com ara les cèl·les solars, per capturar l'excés d'electricitat durant el dia i emmagatzemar-la per a un posterior ús.
El sistema consistirà en un dipòsit gran i molt aïllat de 10 metres d'ample fet de grafit i farcit de silici líquid, que es mantindrà en una temperatura "freda" de gairebé 3.500 F. Un banc de tubs, exposat a elements calefactors, connecta aquest tanc fred a un segon tanc "calent". Quan l'electricitat de les PV entri al sistema elèctric, aquesta energia es converteix en calor. Mentrestant, el silici líquid es bomba fora del tanc fred i s'escalfa més a mesura que passa a través del banc de tubs exposats als elements calefactors i al tanc calent, on l'energia tèrmica s'emmagatzema a una temperatura molt superior de prop de 4.300 F.
Quan es necessita electricitat, es a dir, quan no hi ha Sol, el silici líquid calent, que és blanc brillant, es bomba a través d'una sèrie de tubs que emeten aquesta llum. Les cèl·les solars, conegudes com a fotovoltaica multigrau, converteixen aquesta llum en electricitat, que es pot subministrar a la xarxa de la ciutat. El silici refrigerat ara es pot tornar a bombar al tanc fred fins a la propera ronda d'emmagatzematge, actuant amb eficàcia com una gran bateria recarregable.
El sistema requeriria dipòsits gruixuts i prou forts per aïllar el líquid fos en el seu interior., per què el material de l'interior ha d'estar molt calent per ser blanc brillant, però el de l'exterior hauria de ser temperatura ambient. Per això, s'han proposat que els tancs estiguin fets de grafit. Però hi ha inquietuts en que el silici, a tan altes temperatures, reaccioni amb el grafit per produir carbur de silici, això, podria corroir el tanc.
Per posar a prova aquesta possibilitat, l'equip va fabricar un dipòsit de grafit en miniatura i el va omplir amb silicòs líquid. Quan el líquid es va mantenir a 3.600 F durant uns 60 minuts, el carbó de silici es va formar, però en comptes de corroir el dipòsit, es va crear una capa prima que va ser protectora.
El grup també van resoldre un altre repte: ja que els dipòsits del sistema haurien de ser molt grans, seria impossible construir-los a partir d'una sola peça de grafit. Si es fessin a partir de peces múltiples, aquestes haurien de ser segellades de manera que no es filtrés el líquid fos. En el seu article, els investigadors van demostrar que podien evitar qualsevol filtració amb grafit-flexible que actua com un segellador d'alta temperatura.
S'estima que un sol sistema d'emmagatzematge com el descrit, podria lliurar electriciat 100 % provinent de les energies renovables, a una ciutat de prop de 100.000 llars.
El disseny del sistema és geogràficament il·limitat, el que significa que es pot ubicar a qualsevol lloc. Això contrasta amb la hidràulica de bombeig, que requereix ubicacions que necessiten de grans salts d'aigua i preses.
Font: Massachusetts Institute of Technology
Cap comentari:
Publica un comentari a l'entrada