Viejos conceptos, nuevas soluciones. Un equipo de investigadores jordanos y cataríes acaba de replantear el viejo concepto de torre solar —una idea formulada a comienzos del siglo XX por el inventor español Isidoro Cabanyes— para garantizar un suministro de energía las 24 horas del día, un flujo continuo, que aprovecha la energía del Sol y está libre de las intermitencias que provocan que las instalaciones fotovoltaicas no siempre puedan coordinar su oferta y demanda. Para lograrlo, los expertos de Oriente Medio han dado, eso sí, una vuelca de tuerca a su diseño.
A su propuesta la han bautizado TTSS.
Una idea con solera. Lo de las torres (o chimeneas) solares no es nuevo. Hace ya más de un siglo Isidoro Cabanyes le daba vueltas aal concepto y a comienzos de los 80 llegó a construirse un prototipo a pequeña escala en Manzanares, Ciudad Real. Desde entonces han sido varias las iniciativas —incluida la de la firma Enviro Mission, que ilustra este post— para impulsar una tecnología prometedora que en realidad se basa en un fenómeno bastante simple: la convección, la tendencia del aire caliente a ascender. En estas peculiares "chimeneas" alargadas se aprovecha la energía solar para calentar el conducto y el aire que hay en su interior, lo que genera una corriente con la que se impulsa a su vez un sistema de turbinas.
"Sistema de tecnología gemela". Lo que han hecho los investigadores de la Universidad de Qatar y la Universidad Técnica Al Hussein es coger el concepto y reformularlo. A su propuesta la han bautizado TTSS, que se corresponde con las siglas en inglés de "sistema solar de tecnología gemela". El nombre quizás sea algo extenso, pero es sugerente y da una idea bastante precisa de cómo funciona. En vez de quedarse con una torre convencional de corriente ascendente solar, lo que plantea el nuevo trabajo es combinar dos tecnologías en un mismo diseño.
La TTSS combina una torre de corriente ascendente solar y otras de corriente descendente de enfriamiento. Todas integradas en un mismo conducto. El sistema es relativamente sencillo, al menos sobre el papel: en el centro se sitúa la chimenea de corriente ascendente que calienta el aire a nivel del suelo y permite que se eleve a través del canal hasta llegar a las turbinas. Alrededor tiene una decena de torres más pequeñas, de corriente descendente, que canalizan el airea refrigerado hacia abajo, con lo que impulsa otras turbinas situadas en la bases de los canales.
Para caldear el aire el sistema incorpora un techo diseñado para atrapar calor. El fenómeno contrario, el de la refrigeración, se consigue con un sistema que rocía en la parte superior una fina niebla que permite al aire cálido descender.
Mejorando la eficiencia. Ese es el objetivo que se han propuesto los investigadores cataríes y jordanos. Y así lo detallan en el artículo que han publicado en Energy Reports con las conclusiones de sus experimentos.
"Las plantas de torre solar ascendente estándar funcionan durante el día, ya que dependen de la radiación solar para generar electricidad. Por eso la productividad energética, eficiencia y rendimiento sean limitados —comentan Emad Abdelsalam, Tarifas Almomani y Shadwa Ibrahim, autores del estudio—. Este trabajo presenta un intento de aumentar la productividad del sistema solar de corriente ascendente al combinarlo con una tecnología de corriente descendente en un único diseño".
Combinando torres. Para lograrlo su TTSS combina canales concéntricos, turbinas, aspersores de agua y un colector. "La torre interior funciona como un sistema solar ascendente tradicional, en el que el aire se calienta bajo el colector debido a la irradiancia y luego asciende por la chimenea debido a la columna de presión. Mientras que la torre exterior crea una corriente descendente rociando agua en el ambiente caliente de la parte superior de la torre", abunda el equipo, que reivindica que su sistema es "independiente de la irradiancia solar", una ventaja que le permite funcionar tanto de día como en horario nocturno.
Gráfico que muestra el tamaño y estructura de la torre.
¿Manejan cifras? Sí. Los investigadores trabajaron con un modelo de simulación que aplicaron a las condiciones climáticas de Riad y que mostró que el TTSS podría generar 752.763 kWh anuales, lo que representa 2,14 veces más que los sistemas de corriente ascendente solar estándar. Las torres externas aportarían 400 MWh y la de corriente ascendiente unos 350 MWh. Con esos resultados, los expertos calculan que se ahorrarían alrededor de 677 toneladas de CO2.
Para sus pruebas el equipo de la Universidad de Qatar y la Al Hussein tomaron como referencia una torre TTSS con unas medidas amplias: una torre exterior de 200 m de alto con un diámetro interior de 10 m. En cuanto al colector, presenta 250 m de diámetro y un diseño inclinado con una entrada de 6 m de alto que aumenta de forma gradual hasta alcanzar los 12 en la base de la torre.
"La torre interior y la exterior son concéntricas. El área entre las torres está dividida en diez canales, donde cada canal sirve como torre enfriamiento. El radio de cada uno es de 1,8 metros", detallan los expertos en Energy Reports. Gracia a esa "estructura única" reivindican que su diseño de "tecnología gemela" es capaz de funcionar en dos modos de forma simultánea, compaginando su labor como torre solar de corriente ascendente y canal de enfriamiento descendente.
Ventajas… y algún que otro desafío. Los autores reivindican que su torre solar de doble corriente permite duplicar (2,14) la producción de los prototipos convencionales y que el sistema puede funcionar "24 horas los 7 días de la semana, según las condiciones climática", gracias a su capacidad para retener el calor.
Eso no evita que los TTSS presenten también "limitaciones" importantes que pueden complicar su expansión. Los propios investigadores admiten que se ven marcados por la climatología y que uno de sus hándicaps es que necesitan acceso a agua para el sistema de corriente descendente, lo que puede suponer una dificultad en zonas desérticas, precisamente aquellas en las que resultarían más efectivos.
"Además el rendimiento de la torre de corriente descendente disminuye considerablemente en condiciones de alta humedad, como durante el invierno. De ahí que se recomiende que el diseño propuesto se implemente en áreas remotas de clima cálido y seco", concluyen. Otro de los retos que deberá afrontar —recuerda New Atlas— es ir más allá de las simulaciones y demostrar que es viable en la escala comercial, otro reto importante dadas sus grandes dimensiones.
Imágenes: Enviro Mission y Emad Abdelsalam et al. (Energy reports)
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