El uso del almacenamiento de energía basado en la capacidad puede regular mejor la oferta y la demanda de energía y, al mismo tiempo, aprovechar al máximo los precios pico y valle de la energía para aumentar los beneficios. Por lo tanto, el almacenamiento de energía basado en la capacidad, como el almacenamiento en sales fundidas, se ha convertido en una dirección importante para los nuevos sistemas de energía en el futuro.
La inestabilidad de la energía solar y eólica y las fluctuaciones periódicas de los picos y valles de la energía de uso final se traducen en una baja eficiencia de utilización de las energías renovables. Para adaptarse a las características de la generación limpia de energía renovable, se necesitan sistemas de almacenamiento de energía de apoyo que resuelvan el problema del desajuste entre la oferta y la demanda de energía en el tiempo, el espacio y la intensidad.
Es decir, cuando hay más energía eléctrica, la energía eléctrica se almacena en el sistema de almacenamiento de energía. Cuando hay escasez, el sistema de almacenamiento de energía se utiliza para generar electricidad que complemente la red eléctrica.
Entre las fuentes de energía limpia conocidas, la energía solar es sin duda la fuente de energía renovable con las mayores reservas que pueden desarrollarse en la Tierra.
Sin embargo, debido al desajuste entre la distribución estacional y la demanda de consumo de energía, la forma de almacenar energía térmica como la solar en el medio de almacenamiento de calor en verano y liberar el calor para calefacción en invierno para lograr el estado ideal de almacenamiento en verano y uso en invierno se ha convertido en una de las principales direcciones actuales de investigación y desarrollo de la industria.
1. ¿Qué es el almacenamiento en sales fundidas?
La sal fundida es un fundido formado por la fusión de sales. Es un fundido iónico compuesto de cationes y aniones. En general, la sal fundida se refiere a la fusión de sales inorgánicas, como la fusión de haluros de metales alcalinos, metales alcalinotérreos, nitratos, sulfatos, etc. Un sentido amplio de sal fundida incluye también los fundidos de óxidos y la materia orgánica fundida.
La sal fundida es sólida a temperatura estándar y presión atmosférica, y se transforma en líquido cuando la temperatura alcanza un determinado nivel.
En situaciones específicas de transferencia de calor y almacenamiento de calor, se pueden seleccionar diferentes tipos de monómeros de sales fundidas según los requisitos de la tecnología del proceso, o se pueden fabricar sales eutécticas mixtas con un rendimiento estable mediante la composición según una determinada proporción para completar la tarea específica de transferencia de calor y almacenamiento de calor.
Si se utiliza la electricidad procedente del viento y la luz abandonados, así como la "electricidad de canal" para calentar la sal fundida, se convierte la electricidad en energía térmica y se almacena, y luego se utiliza la energía térmica durante los picos de consumo eléctrico, se puede sustituir por un sistema de calefacción.
Las calderas de carbón (o gas natural) proporcionan calefacción. Esto no sólo mejora la estabilidad de la red eléctrica y mejora el entorno atmosférico, sino que también alivia la escasez de gas y reduce los costes de explotación.
2. El valor del almacenamiento en sales fundidas
El valor del almacenamiento en sales fundidas se refleja principalmente en tres aspectos: la mejora de la tasa de utilización y la estabilidad del almacenamiento de energía renovableresolver el problema de coordinación entre las fuentes de energía eólica, solar, del fuego y otras;
Realización de la función de ahorro de picos y relleno de valles de la red, regulación de la frecuencia del sistema, suavización de la carga, etc. para mejorar la seguridad y la economía de la red eléctrica; proporcionar soluciones limpias, eficientes y flexibles de calefacción y suministro de vapor para la industria, la agricultura, la construcción y otros campos, reduciendo las emisiones de carbono y los costes.
Como almacenamiento de energía de larga duración el almacenamiento en sales fundidas presenta las siguientes características: La escala de almacenamiento de energía es grande. La escala del almacenamiento en sales fundidas suele oscilar entre decenas de megavatios y cientos de megavatios, lo que supone un almacenamiento de gran capacidad.
El tiempo de almacenamiento de energía es largo, y el de las sales fundidas puede llegar a más de 10 horas. El coste de inversión inicial es elevado. El coste de inversión del almacenamiento en sales fundidas es de unos 5 millones/MWh, similar al coste de inversión inicial del almacenamiento de energía hidroeléctrica por bombeo y del almacenamiento de energía en aire comprimido. En comparación con el almacenamiento electroquímico de energía, el coste de inversión inicial es más elevado.
La eficiencia de conversión de la energía es baja, y la eficiencia del almacenamiento en sales fundidas suele ser inferior a 60%. En comparación con los métodos electroquímico y mecánico de almacenamiento de energía, la eficiencia de conversión es relativamente baja.
En comparación con las baterías de litio eas tecnologías de almacenamiento de energía, el almacenamiento en sales fundidas presenta las ventajas de una larga vida útil, un bajo coste de escala y una elevada seguridad. En un escenario futuro en el que coexistan múltiples sistemas de almacenamiento de energía, el almacenamiento en sales fundidas puede ocupar una posición importante.
3. Ventajas del almacenamiento en sales fundidas
A lo largo de toda la gama de temperaturas de funcionamiento, la sal fundida permanece siempre en estado líquido, absorbiendo energía eléctrica, energía de radiación y otras energías. Cuando la temperatura ambiente es inferior a la temperatura de la sal fundida, la energía térmica se libera, realizándose así el almacenamiento por diferencia de temperatura de la energía térmica durante el proceso de calentamiento o enfriamiento.
Debido a su amplia temperatura de líquido, gran diferencia de temperatura de almacenamiento de calor, alta densidad de almacenamiento de calor, buen rendimiento de transferencia de calor, estado de funcionamiento estable y bajo coste, es adecuado para el almacenamiento de calor a gran escala. Una sola máquina puede alcanzar una capacidad de almacenamiento de calor de más de 100 MWh, convirtiéndose en un "caballo negro" en la industria del almacenamiento de energía.
En términos generales, las ventajas del almacenamiento térmico en sales fundidas se reflejan específicamente en los siguientes puntos:
- La potencia de almacenamiento térmico es grande y puede alcanzar cientos de megavatios de almacenamiento energético. Por ejemplo, la escala de almacenamiento de energía de la central verde de almacenamiento en sales fundidas de alta temperatura para ahorro de picos de energía de la ciudad de Jinchang, en la provincia de Gansu, alcanza los 600MW/3600MWh;
- El tiempo de almacenamiento de calor es largo y puede alcanzar una capacidad de almacenamiento de calor de más de 10 horas en un solo día. El tiempo de almacenamiento de calor en sales fundidas de la central termosolar de torre de sales fundidas de 100 MW de Dunhuang puede alcanzar las 11 horas, lo que supera con creces el requisito actual de proporción de distribución y almacenamiento de 2 a 4 horas;
- Los parámetros de almacenamiento térmico son elevados, la temperatura de almacenamiento térmico de las sales fundidas puede alcanzar 595°C o más, los parámetros de vapor exotérmico pueden alcanzar parámetros subcríticos, y pueden accionar la turbina de vapor para generar electricidad;
- En almacenamiento de energía térmica La velocidad es rápida y puede satisfacer las necesidades de ajuste de grandes fluctuaciones de carga;
- La eficiencia del almacenamiento térmico es alta, cercana a la eficiencia global del almacenamiento de energía hidroeléctrica por bombeo, y el consumo de energía es bajo;
- Larga vida útil, la vida útil del sistema de almacenamiento térmico de sales fundidas puede alcanzar más de 30 años;
- El sistema tiene un funcionamiento flexible y un diseño modular. El módulo de almacenamiento de calor y el módulo de capacidad son independientes entre sí. El proceso de almacenamiento de calor y el proceso de generación de calor son independientes entre sí. El funcionamiento es flexible y la solución de almacenamiento térmico puede personalizarse en función de las necesidades;
- El funcionamiento es seguro y fiable. El almacenamiento de calor con nitrato binario es un método de almacenamiento de calor más seguro. Desde SOLAR ONE en Estados Unidos en abril de 1982, los 6,69 millones de kilovatios de instalaciones de generación de energía termosolar del mundo no han sufrido ningún accidente de seguridad, como explosiones de baterías de litio. Es un método de almacenamiento de energía altamente seguro;
- Respetuoso con el medio ambiente y seguro, no produce emisiones contaminantes.
4.Aplicaciones y casos de almacenamiento en sales fundidas
La sal fundida almacena energía mediante el almacenamiento de calor. Si hay que almacenar energía eléctrica, entonces todo el proceso tiene que completar la conversión de "energía eléctrica - energía térmica - energía eléctrica", lo cual es muy ineficiente;
Si lo que hay que almacenar es energía térmica, la diferencia de temperatura durante los procesos de calentamiento y enfriamiento puede realizar el almacenamiento de energía térmica. Todo el proceso es la conversión de "energía térmica-energía eléctrica".
Cuando se necesita generar energía, la sal fundida del tanque de alta temperatura puede bombearse e intercambiar calor con el agua para generar vapor. Este acciona la turbina de vapor para generar electricidad con bajas pérdidas y alta eficiencia.
El almacenamiento en sales fundidas puede utilizarse en escenarios en los que la energía térmica se utiliza para generar electricidad, como la generación de energía fototérmica, la renovación de centrales térmicas, etc.; o en escenarios en los que la demanda de energía terminal es energía térmica en lugar de eléctrica, como la calefacción limpia.
- Aplicaciones en sistemas de generación de energía fototérmica:
Por lo general, las centrales ESTC utilizan un sistema de doble depósito de tanques de sales calientes y tanques de sales frías para almacenar las sales fundidas. La sal fundida del tanque de almacenamiento de sal fundida fría se transporta al colector solar a través de la bomba de sal fundida. Absorbe energía térmica y se calienta antes de entrar en el tanque de almacenamiento de sales fundidas calientes.
A continuación, la sal fundida a alta temperatura fluye hacia el generador de vapor de sal fundida para generar vapor sobrecalentado que impulsa el vapor. Las turbinas funcionan para generar electricidad mientras la temperatura de la sal fundida desciende y fluye de vuelta al tanque de almacenamiento de sal fundida fría.
Las sales fundidas integran los medios de almacenamiento y transferencia de calor en uno solo, lo que simplifica la composición del sistema de la central.
Como instalación de almacenamiento de energía de apoyo para la generación de energía fototérmica, el sistema de almacenamiento térmico de sales fundidas puede mejorar la tasa de utilización de la energía solar, reducir las fluctuaciones de potencia y promover la producción estable de la red eléctrica.
Para la generación de energía fototérmica se utilizan mucho las sales fundidas binarias. La sal fundida binaria más utilizada es una mezcla de nitrato de sodio 60% y nitrato de potasio 40%.
- Suministro de energía térmica para la producción industrial
El sistema de almacenamiento de calor en sales fundidas tiene una alta eficiencia de utilización de la energía térmica, puede realizar la recuperación y utilización del calor residual y el calor residual, y proporciona fuentes de calor estables y continuas de alta calidad, como vapor y aire caliente, para el procesamiento de alimentos, textil y otras empresas en parques industriales.
- Almacenamiento de energía en centrales eléctricas
La instalación de equipos de almacenamiento térmico de sales fundidas en una central térmica permite transformarla en una central de almacenamiento energético de ahorro de picos, que puede producir electricidad de forma flexible. El calor almacenado puede convertirse en vapor para proporcionar calor a los usuarios, mejorando los beneficios económicos de la central.
5. Perspectivas del almacenamiento en sales fundidas
El almacenamiento en sales fundidas es el tercer modelo de almacenamiento de energía del mundo, y el mercado sigue actualmente una tendencia al alza. A finales de 2022, la capacidad instalada acumulada a nivel mundial es de 6,1 GW, lo que representa aproximadamente 1,6% de la capacidad total instalada de almacenamiento de energía.
España, Estados Unidos y China son los tres principales países del mercado de almacenamiento en sales fundidas. España y Estados Unidos han alcanzado cierto tamaño de mercado, y el mercado chino también ha mostrado un importante impulso de crecimiento.
La capacidad instalada de almacenamiento en sales fundidas de China será de 0,52 GW en 2022. A largo plazo, se espera que en 2030 la capacidad instalada de almacenamiento en sales fundidas de China supere los 16 GW, con una inversión total de más de 200.000 millones de yuanes.
Los escenarios de aplicación del almacenamiento en sales fundidas incluyen la generación de energía solar térmica, la transformación de la flexibilidad de la energía térmica, el ahorro de picos de red y el llenado de valles, la calefacción de valles, la recuperación de calor residual, el almacenamiento de energía de potencia abandonada, etc.
Entre ellas, la generación de energía fototérmica y la transformación flexible de las centrales térmicas son áreas de aplicación que requieren atención.
Las sales fundidas se han convertido rápidamente en una nueva estrella en el desarrollo de nuevas energías debido a sus ventajas únicas de almacenamiento de energía.
El almacenamiento de sales fundidas puede participar en la transformación de flexibilidad de las centrales térmicas, utilizar la energía del valle para calentar el almacenamiento térmico de sales fundidas para el suministro de vapor industrial, utilizar la energía del valle para calentar el almacenamiento térmico de sales fundidas para la calefacción central ("carbón a electricidad"), utilizar la energía eólica abandonada y la fotoelectricidad abandonada para calentar las sales fundidas. Calentamiento del almacenamiento térmico de sales, utilización del calor residual industrial, etc.
El almacenamiento térmico en sales fundidas también puede utilizarse en muchos campos, como la desalinización de agua de mar, la extracción de petróleo pesado, el desplazamiento de picos y el relleno de valles de la red eléctrica, la energía distribuida, etc., y tiene amplias perspectivas de desarrollo.
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