UNIDAD DE ALMACENAMIENTO TÉRMICO Y COMBUSTIBLES SOLARES (ATYCOS)

Responsable:  Esther Rojas
esther.rojas@ciemat.es

El objetivo principal de la Unidad ATYCOS es la de almacenar, directa o indirectamente, la energía solar térmica de concentración. Directamente gracias al diseño optimizado de sistemas de almacenamiento térmico e indirectamente gracias al almacenamiento químico de la energía solar concentrada, gracias a los llamados combustibles solares (reformado del Metano) y a la producción de Hidrógeno con procesos termoquímicos.

Simulación de tanques termoclinos
mediante modelos numéricos y analíticos.

En Almacenamiento Térmico ATYCOS tiene como objetivo el desarrollo, optimización e integración de sistemas de almacenamiento térmico (SAT) atendiendo a las características específicas de la tecnología concreta de la central termosolar.

Simulación de tanques termoclinos
mediante modelos numéricos y analíticos.

Nuestra dilatada experiencia, tanto en el ensayo de prototipos de almacenamiento térmico -sensible o latente-, como en la simulación del comportamiento termohidráulico de sistemas físicos –mediante programas propios o comerciales-, nos capacita para diseñar y optimizar SATs para temperaturas de trabajo por encima de los 140ºC y hasta los 800ºC. En este sentido seguimos una aproximación holística en la que la integración con la central termosolar juega un papel primordial.

Las actividades en Almacenamiento Térmico cubren todos los aspectos necesarios para el desarrollo, verificación y optimización de un sistema eficiente para acumular energía térmica:

• Proponiendo nuevos materiales para almacenamiento térmico y caracterizando algunas de sus propiedades químicas, mecánicas y térmicas¹.
• Ensayando componentes para circuitos de sales fundidas (válvulas, transmisores de presión, bombas verticales, trazeados eléctricos, etc.).
• Diseñando nuevos conceptos de intercambiadores o acumulares térmicos con materiales ya conocidos.
• Ensayando, incluso en condiciones solares reales, módulos innovadores de almacenamiento de energía térmica, tanto sensible como latente.
• Simulando el comportamiento de acumuladores de energía, ya sea con programas propios o con programas comerciales.
• Estudiando la integración del sistema de almacenamiento en planta y su viabilidad técnica global.
• Optimizando las estrategias de operación del sistema de almacenamiento para sacar el mayor provecho de esa energía almacenada.

¹_{Gracias a las instalaciones y laboratorios de ensayo del Ciemat}

El interés suscitado por el Hidrógeno como vector energético en el sector transporte y el indudable atractivo que presenta su producción limpia hacen que desde el Grupo de Combustibles Solares de ATYCOS se esté prestando especial interés a la producción de hidrógeno a partir de tecnologías de concentración solar térmica a alta temperatura. Asimismo, otro objetivo de ATYCOS es la aplicación de tecnologías de concentración solar a procesos termoquímicos en la industria, por ser estos, en general, grandes consumidores de energía térmica.

Las líneas de actividad en relación con el hidrógeno se concretan en dos campos de actuación:

• Desarrollo de procesos y tecnologías de descarbonización de combustibles fósiles y de valorización de los mismos mediante gasificación solar, con especial atención a materiales carbonosos de baja calidad.
• Demostrar a escala pre-comercial la viabilidad técnica y económica de la disociación de agua para producción de hidrógeno mediante el uso de ciclos termoquímicos con energía solar concentrada.

Para el desarrollo de estas líneas,

• Se realizan estudios para la integración de procesos termoquímicos industriales a alta temperatura en plantas de torre central.
• Se realizan cálculos de equilibrio químico y análisis termodinámico y cinético de ciclos termoquímicos innovadores, basados en nuevos materiales.
• Se simulan, diseñan y operan, tanto a escala de laboratorio como en condiciones solares reales, reactores químicos con diferentes configuraciones: volumétricos, de cavidad, de lecho fluidizado, etc.

Simulación del mapa de temperaturas de un reactor tubular bajo radiación
solar concentrada

De la experiencia adquirida con reactores químicos para producción de hidrógeno surge una nueva línea de investigación cuyo objetivo es la obtención de oxígeno en la Luna a partir de regolito. Las especiales condiciones de contorno que impone esta línea de investigación, imponen el diseño de concentradores innovadores de peso ultraligero.

Colaboraciones

ATYCOS, a través de sus expertos, participa activamente en varias redes científicas (Energy Storage JP de EERA, Tareas II y III del Acuerdo SolarPACES de la AIE, Asociación española del Hidrógeno –AeH2-,) y comités de normalización nacionales (AENOR-GT3) e internacionales (IEC- CTN 206/SC 117/GT 03 y ASME-PCT52).

Desde su formación, ATYCOS viene trabajando estrechamente con otros expertos de diferentes universidades, con empresas del sector y centros tecnológicos de diferentes comunidades autónomas a través de acuerdos de colaboración específicos.