Proyecto H2020 ORC-PLUS: Ciclo Rankine orgánico: enlace del prototipo a la unidad de almacenamiento
- Type Project
- Status Completado
- Execution 2015 -2019
- Assigned Budget 6.249.316,25 €
- Scope Europeo
- Main source of financing H2020
- Project website Proyecto ORC-PLUS
El punto de partida del proyecto ORC-PLUS es la planta de CSP ubicada en el parque de Energía Verde de IRESEN en Benguerir, Marruecos. Esta planta está compuesta por un campo solar de colectores solares FRESNEL, que utiliza aceite térmico como fluido de transferencia de calor, y un bloque de potencia de ciclo orgánico de Rankine (ORC) acoplado a un aerorrefrigerador. En comparación con este estado inicial de esta planta, el proyecto ORC-PLUS, desarrollando una combinación optimizada de unidades innovadoras de TES y herramientas de ingeniería especializadas para este tipo de plantas, tiene como objetivo aumentar hasta 4 horas la producción de energía de la planta durante las horas sin sol asegurando costos de producción competitivos con el mercado objetivo.
El consorcio ORC-PLUS, para lograr el objetivo del proyecto, ha analizado dos sistemas de termoclina TES diferentes a nivel de prototipo, donde el primer sistema TES utiliza una mezcla de sales que se funden a baja temperatura como material de almacenamiento de calor (HSM), y el segundo utiliza guijarros de magnetita y aceite como HSM + fluido de transferencia de calor (HTF). Al final del segundo período de tiempo, el consorcio ORC-PLUS presentó su evaluación económica sobre la comparación de las dos tecnologías TES mencionadas anteriormente, que proporcionó evidencia de que la solución basada en aceite de termoclina + guijarros de magnetita es más barata que la solución basada en termoclina con sales de fusión a baja temperatura. Esta diferencia se debe en parte al menor coste del material de magnetita y en parte a la diferente cantidad de HSM (la solución basada en sales fundidas se ve perjudicada por la temperatura operativa máxima del HTF empleado en el campo solar).
A finales de noviembre de 2017, el consorcio ORC-PLUS completó el diseño final del sistema piloto TES elaborado sobre la base de los principales resultados realizados en el marco del:
- WP2 (desarrollo de modelos de simulación).
- WP3 (análisis de caracterización de materiales).
- WP4 (diseño y realización del sistema TES de prueba). Esta acción ha sido acompañada por un análisis en profundidad de la evaluación de riesgos para identificar los riesgos potenciales que podrían contribuir al fallo del Proyecto.
El enfoque seguido durante el análisis de la evaluación de riesgos fue utilizar el proyecto en curso como caso de prueba para esbozar las particularidades más importantes de los proyectos innovadores de energía solar termodinámica como la planta ORC-PLUS. En el sitio se completó la instalación del colector solar Fresnel del campo solar del proyecto ORC-PLUS. Según el proyecto, CIC ha desarrollado un prototipo de prueba de TES a escala 1/100 con aceite y FSM (magnetita) y ha completado las pruebas experimentales de caracterización del sistema.
Paralelamente, F-ISE ha completado las pruebas de su maqueta experimental. Esta maqueta consiste en un sistema de termoclina de sales fundidas sin intercambiador de calor interno, diseñado para demostrar el efecto de la inserción de un intercambiador de calor en un sistema de un solo tanque y contribuir, con los resultados experimentales, a la validación del modelo del sistema TES basado en sales fundidas. ENEA ha completado la construcción de sus prototipos dedicados al análisis del comportamiento de innovadores intercambiadores de calor de aceite especializados para el sistema TES de termoclina con sales fundidas de bajo punto de fusión.
A finales de octubre de 2019, se completó la construcción y la puesta en marcha en frío de la planta piloto de TES en Green Energy Park (Ben Guerir, Marruecos).
La desregulación del mercado de generación de energía eléctrica y la evolución actual de la normativa ambiental inspiran el desarrollo de servicios públicos distribuidos cerca de las demandas locales. Esta tendencia permitirá reducir el sobredimensionamiento de la red eléctrica y los costes de transmisión y distribución de la energía eléctrica. En este contexto, las centrales termosolares (CSP) de pocos megavatios, combinadas con sistemas TES avanzados, podrían desempeñar un papel importante, ya que cuentan con todas las características para seguir de cerca la demanda y el crecimiento potencial de las demandas locales de energía eléctrica.
Además, a diferencia de otros sistemas, se integran fácilmente en la calefacción urbana local. En este contexto, el proyecto H2020 ORC-PLUS busca desarrollar, a nivel piloto, un innovador sistema de almacenamiento de energía térmica capaz de ampliar la producción de energía de una central termosolar existente ubicada en Marruecos, utilizando tecnología de colectores Fresnel lineales como campo solar y una turbina ORC con una potencia nominal de 1 MWel como unidad de potencia.
El fluido de transferencia de calor empleado por la actual planta CSP es un aceite mineral respetuoso con el medio ambiente que funciona en un rango de temperatura de 180 °C a 300 °C. El proyecto permitirá apoyar los programas de electrificación de zonas rurales y semiurbanas, creando nuevas oportunidades de inversión en zonas periféricas con un impacto socioeconómico positivo. Un efecto significativo de esta cooperación es la red de intercambio de experiencias y apoyo mutuo entre actores europeos y marroquíes, clave para desarrollar un nuevo modelo de planta de energía renovable orientado al desarrollo de la población local.
El objetivo del proyecto ORC-PLUS es validar, en un contexto industrial relevante, un sistema TES innovador optimizado para una planta de CSP de tamaño medio, acoplado a una turbina ORC de 1 MWe. La validación en un entorno relevante de este nuevo modelo de planta de CSP permitirá acelerar el desarrollo de redes inteligentes verdes locales.
En línea con la convocatoria H2020-LCE-03-2014, ORC-PLUS se enfoca en incrementar el desempeño tecnológico de los sistemas de energías renovables, reducir costos y mejorar la gestionabilidad. El objetivo es desarrollar una combinación optimizada de innovador almacenamiento de energía térmica (TES) (especializado para CSP de escala 1-5 MWe) y soluciones de ingeniería para mejorar el número de horas de producción de una pequeña planta CSP existente, ubicada en una zona desértica y acoplada con un sistema ORC. Con una solución TES optimizada, es posible ampliar los períodos de producción de energía de una planta CSP (también durante la radiación no solar), eliminando o minimizando la necesidad de quemar combustibles fósiles o renovables en sistemas híbridos o de respaldo. Hoy en día, se están dedicando esfuerzos a la I+D sobre TES para plantas de gran escala, aunque existe un gran potencial para instalaciones CSP de pequeña y mediana escala. ORC-PLUS se encuentra en el espectro desde “prototipo a gran escala hasta demostración a escala precomercial”.
La tecnología propuesta se basa en un campo solar, utilizando un aceite térmico como fluido de transferencia de calor y una unidad de energía ORC junto con un innovador TES. Se realizará una demostración experimental de dos prototipos industriales diferentes de sistemas TES en un entorno relevante (TRL 6). Para cada prototipo se desarrollará un modelo de simulación de los procesos piloto, con prototipos de sistemas TES. Los modelos se optimizarán en función de las características del sitio y la carga de energía, para determinar las condiciones y parámetros relevantes de los escenarios reales para cada aplicación y seleccionar la tecnología TES que mejor se adapte a las necesidades del sector objetivo.
El resultado final será una planta piloto industrial que se utilizará para validar la tecnología en un entorno operativo real y demostrar su viabilidad (TLR7). La validación incluye un análisis de la viabilidad tecnoeconómica y del impacto ambiental, y de la replicabilidad del diseño final de la planta piloto. Esta propuesta está respaldada por tres cartas de apoyo de ESTELA, ANEST y Green Energy Park (Marruecos).
Medio ambiente ORC-PLUS tiene como objetivo desarrollar una generación de energía técnica renovable que actualmente, en algunas áreas del Mediterráneo o en África subsahariana, está cubierta por los generadores diésel. La reducción esperada de la emisión de CO2 se ha fijado en 920 tCO2/a (factor de conversión empleado: 0,460 tCO2/MWhe por año).
Transformación del mercado: El tamaño más pequeño de este nuevo concepto de CSP requiere una inversión menor en comparación con las grandes plantas de CSP, por lo que esta acción permitirá a las pequeñas y medianas empresas (PYME) la oportunidad de ingresar al futuro mercado inteligente de energía de generación renovable Política El proyecto permitirá respaldar los programas de electrificación de sitios rurales y semiurbanos y brindará acceso a la electricidad a las clases sociales marginadas. Esto permitirá brindar nuevas garantías e incentivar a los inversores privados a reubicar las actividades industriales o comerciales en áreas periféricas.
En resumen, el proyecto permitirá promover la cohesión territorial y modelos de crecimiento económico inclusivos. Mejora de la seguridad energética de la UE. ORC-PLUS contribuirá a mejorar la seguridad energética de la UE al apoyar el desarrollo de pequeños sistemas de almacenamiento alimentados por fuentes de energía renovables, elementos clave para el éxito de la integración de las renovables con la generación convencional (redes inteligentes). Acciones conjuntas con los Estados miembros/países asociados. ORC-PLUS permitirá mejorar la coordinación de los programas de I+D+i en energía con países asociados como Marruecos (directamente involucrado en el proyecto) y otros países, sentando las bases para una mayor contribución positiva a la seguridad social de la UE
- AGENZIA NAZIONALE PER LE NUOVE TECNOLOGIE, L'ENERGIA E LO SVILUPPO ECONOMICO SOSTENIBILE (ENEA)
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