El poder de la innovación

A través de su participación en el proyecto Nextower, financiado por la UE, Kanthal y Sandvik Materials Technology han logrado crear materiales y componentes nuevos e innovadores que ahora se emplean en el desarrollo de la próxima generación de sistemas de torres de energía solar concentrada (ESC).

Hoy en día, el método más común de recolección de energía solar es la energía solar fotovoltaica (FV), que utiliza células solares para convertir directamente la luz del sol en energía eléctrica. Por otro lado, una torre ESC emplea espejos y lentes para concentrar la luz solar hacia un receptor solar, que luego se usa para generar y almacenar calor a altas temperaturas a través de un fluido de transferencia de calor. Este calor se puede usar de inmediato para producir electricidad a través de un generador de vapor, o una turbina de gas híbrida, o a fin de suministrar calor de proceso para la industria. Algo sorprendente es que este calor también se puede almacenar y utilizar posteriormente y bajo demanda.

Antonio Rinaldi, ENEA and Coordinator of Nextower."Un sistema ESC es más complejo porque es, básicamente, una planta real y no solo un panel”, explica Antonio Rinaldi, ENEA y coordinador de Nextower. "El problema con la energía solar es que es intermitente y necesitamos el sol. Del mismo modo que la energía fotovoltaica utiliza baterías, la ESC requiere módulos de almacenamiento para el calor de alta temperatura. Con la ESC, podemos cargar energía durante el día y descargarla durante la noche".

El objetivo del proyecto Nextower es desarrollar nuevos materiales y componentes que sean comercialmente viables y puedan mejorar el rendimiento de los sistemas ESC, y aumentar la temperatura del calor almacenado hasta llegar a 750 °C (el nivel actual es 550 °C). Junto con diecinueve participantes de toda Europa, lo que incluye a Kanthal y Sandvik, el proyecto ha construido dos plantas de demostración: una para receptores cerámicos, que actualmente se está probando en España, y otra para el almacenamiento de energía (llamada SOLEAD), que actualmente se está probando en Italia. Kanthal y Sandvik participan en el trabajo en esta última planta.

The main vessel installed for testing at the ENEA facility in Brasimone, ItalyLa principal contribución de Kanthal ha sido desarrollar un nuevo material de aleación que podría permitir el uso del plomo fundido como fluido de almacenamiento de calor. Normalmente, se usaría sal fundida para este propósito; sin embargo, la sal no puede gestionar temperaturas superiores a 550 °C, y la planta de demostración de Nextower necesita que el fluido de transferencia de calor funcione a más de 800 °C a fin de servir de entrada para aplicaciones como las turbinas de gas o el calor de proceso para la industria.

Durante los últimos diez años, antes del proyecto Nextower, Kanthal había intentado rediseñar la composición de una de sus aleaciones actuales para que no se rompiera a temperaturas de funcionamiento más bajas y, al mismo tiempo, mantuviera las mismas propiedades de resistencia a la corrosión. Está basada en la aleación de calentamiento por resistencia de hierro-cromo-aluminio (FeCrAl) original de Kanthal, una aleación de 90 años de antigüedad que supuso la fundación de la empresa en sus inicios. El objetivo era crear una nueva aleación para aplicaciones energéticas en las que los entornos altamente corrosivos eran un problema.

"En Kanthal, siempre estamos abiertos a probar cosas nuevas y a ver cómo se pueden usar y modificar nuestros materiales para abrir nuevas oportunidades", explica Jesper Ejenstam, ingeniero superior de I+D en Kanthal; Jesper descubrió Nextower a través de su asociación con el KTH Royal Institute of Technology de Estocolmo, otro de los participantes en el proyecto.Jesper Ejenstam, Senior R&D Engineer at Kanthal

Dado que las aplicaciones de energía solar térmica son una de las áreas potenciales de la nueva aleación, Nextower supuso una oportunidad única para Kanthal. "En ese momento, solo habíamos demostrado que este material funciona bien en un laboratorio”, agrega Ejenstam. "El siguiente paso era producirlo a escala industrial. Esto nos dio la oportunidad de producirlo, crear componentes con él y presentarlos. También supuso una oportunidad de demostrar que nos tomamos en serio ser parte de la revolución de la sostenibilidad".

El siguiente paso fue usar la nueva aleación para contribuir al desarrollo de un tubo compuesto por dos aleaciones diferentes para los intercambiadores de calor de la planta, de modo que pudiera hacer frente al entorno corrosivo del plomo fundido y a la presión interna dentro del sistema. Kanthal podría obtener ayuda de la división de tubos de Sandvik.

Andreas Hedlund, Process Engineer at Sandvik, Tube division."Esto era algo que nunca antes habíamos producido", dice Andreas Hedlund, ingeniero de procesos de Sandvik (división de tubos). "No solo porque era un grado de aleación completamente nuevo, sino también porque implicaba una nueva combinación de dos grados diferentes en un tubo y en un tamaño mucho más pequeño que el que producimos normalmente. Sin embargo, lo conseguimos, y el resultado final es incluso mejor de lo que esperaba".

Aunque aún es demasiado pronto para conocer el resultado final del proyecto Nextower, en muchos sentidos ya ha sido un éxito. "Hemos demostrado que es posible fabricar los materiales necesarios y eso es algo fundamental", explica Ejenstam. "También hemos mostrado que dentro de la empresa tenemos un grado de conocimiento muy amplio. Estamos dispuestos a probar las limitaciones de la tecnología y a hacer un esfuerzo adicional por encontrar soluciones que realmente funcionen. No solo internamente, sino también de forma externa, con nuestros socios y clientes".

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El proyecto Nextower empezó en 2017 y ha obtenido financiación del programa I+D Horizonte 2020 de la Unión Europea, bajo el acuerdo n.º 721045.