El avance en la conversión de energía podría aumentar la eficiencia de la planta: Energía y Medio Ambiente

07 septiembre 2022

Investigadores del Laboratorio Nacional Sandia del Departamento de Energía de EE. UU. han probado con éxito un nuevo sistema de energía basado en un ciclo Brayton de circuito cerrado para entregar electricidad a la red. El sistema podría aumentar drásticamente la eficiencia de las centrales eléctricas, incluidos los sistemas de reactores avanzados actuales y nuevos, así como las plantas solares concentradas y alimentadas por gas.

Las centrales eléctricas actuales (nucleares, de gas y de carbón) utilizan un ciclo Rankine basado en vapor para convertir el calor que producen en electricidad, pero estos sistemas basados ​​en vapor pierden alrededor de dos tercios de la energía que potencialmente podrían producir porque el vapor debe reconvertirse. en agua para repetir el ciclo. En cambio, el equipo de Sandia desarrolló un ciclo Brayton de circuito cerrado recuperado simple que utiliza dióxido de carbono supercrítico como fluido de trabajo.

El dióxido de carbono supercrítico, que permanece dentro del sistema y no se libera como gas de efecto invernadero, puede alcanzar temperaturas mucho más altas que el vapor: hasta 700°C. El ciclo Brayton tiene el potencial de ser mucho más eficiente a la hora de convertir el calor de las centrales eléctricas en energía que el ciclo Rankine tradicional basado en vapor, con una eficiencia de conversión teórica superior al 50%.

En el sistema desarrollado por el equipo de Sandia, el gas dióxido de carbono pasa por un circuito continuo donde se presuriza, se calienta y se expande a través de una turbina para generar electricidad. Luego se enfría en un recuperador antes de regresar a un compresor para completar el ciclo.

Un diagrama del circuito de prueba del ciclo Brayton de circuito cerrado (Imagen: Sandia) El gas pasa por un circuito continuo donde se presuriza, se calienta y se expande a través de una turbina para generar electricidad. Después de que el fluido sale de la turbina, se enfría en un recuperador antes de regresar a un compresor para completar el ciclo.

Para la prueba, los investigadores utilizaron un calentador eléctrico para calentar el dióxido de carbono supercrítico hasta 600°F (316°C) y luego devolvieron la energía a la red eléctrica de la Base de la Fuerza Aérea Sandia-Kirtland. La prueba entregó energía continua a la red durante 50 minutos y, en ocasiones, produjo hasta 10 kilovatios de electricidad. Esta es la primera vez que los operadores de la red aceptan tomar la energía y es un paso significativo, dijeron los investigadores.

"Hemos estado esforzándonos por llegar hasta aquí durante varios años, y poder demostrar que podemos conectar nuestro sistema a la red a través de un dispositivo comercial es el primer puente hacia una generación de electricidad más eficiente", afirmó Rodney Keith, gerente. para el grupo de conceptos avanzados que trabaja en la tecnología del ciclo Brayton.

El equipo trabajará para modificar el sistema para que pueda funcionar a temperaturas más altas y apuntará a demostrar un sistema de ciclo Brayton de CO2 supercrítico de 1 MW para el otoño de 2024. A lo largo de este proceso, esperan probar ocasionalmente el sistema suministrando electricidad a la red, siempre que obtengan la aprobación de los operadores de la red para hacerlo.

"Para aplicaciones comerciales reales sabemos que necesitamos maquinaria turbo más grande, electrónica de potencia, cojinetes y sellos más grandes que funcionen para CO2 supercrítico, ciclos cerrados de Brayton", dijo el investigador principal Darryn Fleming. "Hay muchas cosas diferentes que deben hacerse para eliminar los riesgos del sistema, y ​​estamos trabajando en ellas ahora. En 2023, lo juntaremos todo en un ciclo de recompresión y luego lo llevaremos a un nivel uniforme". mayor producción de energía, y ahí es cuando la industria comercial puede tomarla a partir de ahí".

El proyecto ha sido apoyado a través del programa de Energía Eléctrica Transformacional Supercrítica (STEP) del Departamento de Energía, que está copatrocinado por las oficinas de Energía Nuclear, Energía Fósil y Gestión del Carbono, y Eficiencia Energética y Energía Renovable.

Investigado y escrito por World Nuclear News

WNN es un servicio de información pública de la Asociación Nuclear Mundial.

WNN es un servicio de información pública de la Asociación Nuclear Mundial.

WNN es un servicio de información pública de la Asociación Nuclear Mundial.

WNN es un servicio de información pública de la Asociación Nuclear Mundial.