Análisis del comportamiento medioambiental de aceros y fluídos de transferencia de calor implicados en centrales termosolares con tecnología cilindro-parabólica y almacenamiento térmico

Abstract

El presente trabajo de investigación está desarrollado en el entorno de las energías renovables y, particularmente, centrado en las centrales solares térmicas de concentración con arquitectura cilindro-parabólica.La energía termosolar presenta numerosas ventajas entre las que destaca su gestionabilidad gracias a la inclusión del almacenamiento térmico de energía, que se realiza en tanques de acero ocupados por sales fundidas. Es sabido que el contacto entre acero y sal produce problemas de degradación de materiales que se deben subsanar con el avance de la técnica. A su vez, las centrales termosolares cilindro-parabólicas históricamente se han dotado de un circuito primario compuesto por tubos absorbedores de la radiación solar, fabricados en acero, por los que circula el fluido de transferencia de calor, que se trata de un aceite térmico. Es lo que se conoce como un sistema indirecto.El aceite térmico presenta un techo tenológico en su temperatura de operación máxima lo que supone que para obtener mejores eficiencias en los ciclos de potencia se deben buscar nuevos materiales que lo sustituyan, como pueden ser las propias sales fundidas ya que alcanzan temperaturas de operación superiores. Si se contempla el uso de sal fundida simultáneamente como fluido de transferencia de calor y de almacenamiento térmico, se denomina sistema directo y, actualmente, están desarrollándose estudios que fomentan esta tipología.Todo ello, sumado a la necesidad de mejora de las propiedades de aceros y sales previamente indicados, enmarca esta tesis doctoral en un análisis de materiales. Sin embargo, no se trata de un análisis y selección de materiales desde el punto de vista convencional, en el que se estudian las propiedades mecánicas, químicas, térmicas, etc. de los mismos, sino de un análisis medioambiental. De hecho, esto es la principal novedad y aporte de este trabajo...

This research is based on renewable energy and particularly focused on parabolic trough concentrating solar power technology.Concentrating Solar Power (CSP) enjoys a considerable advantage over other renewables in that it is manageable through the use of Thermal Energy Storage (TES) systems. The storage is done in steel tanks filled by molten salts. The contact between steel and salt produces material corrosion phenomenon then that must be resolved with advances in technology. Historically, the parabolic trough solar plants have been composed by a primary circuit made of steel absorber tubes in where circulates through them Heat Transfer Fluid (HTF). It is called indirect system.HTF is technologically limited by their maximum operating temperature which affecting decreasing the power cycle efficiencies. While the molten salts have a higher maximum operating temperature. If molten salt is used both as HTF and TES then the system is called direct. Currently, there are many studies which consider the benefits of direct systems.Therefore, this thesis is a material assessment. However, there is not a material assessment from the conventional point of view, in which mechanical, chemical, thermal properties are studied. It is an environmental analysis. In fact, this is the main contribution of this research.Steels selected are: P92 and 316 for high temperature applications such as absorber tubes, pipes and hot storage tanks. Steels 516 and T22 applied in lower temperatures parts of the plant, such as cold storage tank, are also assessed. Therminol is studied as HTF and binary solar salt and solar salt Hitec as HTF and TES...