Tipos de almacenamiento térmico sensible para la industria: ¿cuál encaja en tu instalación?

1. De qué hablamos (y qué queda fuera)

El almacenamiento térmico (Thermal Energy Storage, TES) es un componente cada vez más habitual de las instalaciones de energía solar térmica para la industria. Al permitir almacenar el calor generado durante las horas de mayor irradiación y utilizarlo cuando es necesario, el TES ayuda a reducir la dependencia de combustibles fósiles, aumentar el aprovechamiento del campo solar y proporcionar un suministro de energía más estable.

Sin embargo, “almacenamiento de energía” es un término muy amplio. En este artículo nos centraremos exclusivamente en el almacenamiento de energía térmica, es decir, sistemas que almacenan calor para utilizarlo en procesos industriales.

Existen tres tipos principales de almacenamiento de energía térmica (TES): almacenamiento de calor sensible (Sensible Heat Storage, SHS), que almacena energía mediante el aumento de temperatura del medio de almacenamiento y es el tipo que se aborda en este artículo; almacenamiento de calor latente (Latent Heat Storage, LHS), que aprovecha la energía asociada a un cambio de fase del material, normalmente de sólido a líquido, mediante un material de cambio de fase (Phase Change Material, PCM); y almacenamiento termoquímico (Thermochemical Energy Storage, TCES), en el que la energía se almacena mediante una reacción química reversible.

No abordaremos el almacenamiento eléctrico mediante baterías (BESS) ni otras aplicaciones, como redes de calefacción urbana o sistemas destinados a edificios.

También limitaremos el alcance a las tecnologías de almacenamiento más relevantes para instalaciones industriales de energía solar térmica de concentración (CST/SHIP), especialmente aquellas integradas con captadores cilindroparabólicos y Fresnel. Existen otras configuraciones y aplicaciones dentro del almacenamiento térmico, pero responden a rangos de temperatura, niveles de madurez tecnológica o requisitos de integración diferentes.

El objetivo no es analizar en profundidad cada tecnología, sino ayudar a entender qué factores influyen en su elección. Al final del artículo encontrarás una tabla comparativa que resume las principales características de cada opción para facilitar una primera selección. Si quieres profundizar en alguna tecnología concreta, encontrarás enlaces a otros artículos donde la tratamos con mayor detalle.

2. ¿Por qué incorporar almacenamiento térmico (TES)?

La energía solar térmica permite sustituir parte del consumo de combustibles fósiles por una fuente de energía renovable y libre de emisiones directas durante su operación. Sin embargo, la disponibilidad del recurso solar no siempre coincide con la demanda del proceso industrial. En muchas instalaciones, la demanda térmica continúa al atardecer, durante la noche o en periodos de menor irradiación, cuando el campo solar ya no puede suministrar toda la energía necesaria.

Al almacenar el calor producido durante las horas de mayor irradiación y liberarlo posteriormente, el TES permite desplazar la energía en el tiempo y aumentar el aprovechamiento del campo solar. En lugar de limitar el uso de la energía solar a las horas de sol, el proceso puede utilizar ese calor cuando realmente lo necesita.

Un sistema de almacenamiento bien dimensionado puede reducir el consumo de combustible convencional, aumentar la fracción solar de la planta, proporcionar un suministro de energía más estable y facilitar la operación de procesos industriales continuos o con demanda fuera de las horas de irradiación.

Incorporar almacenamiento no consiste simplemente en añadir más capacidad. La tecnología elegida, su tamaño y su integración con el proceso industrial condicionan tanto el rendimiento técnico como la rentabilidad económica de la inversión. Dos instalaciones con demandas térmicas (totales) similares pueden requerir soluciones muy distintas en función de su temperatura de operación, perfil de consumo, disponibilidad de espacio o estrategia de descarbonización.

Figura 1. Ejemplo del (a) exceso de energía solar y (b) aportación de energía almacenada a lo largo de un día.

3. No existe una tecnología universal

Antes de comparar tecnologías, conviene tener claro que no existe un sistema de almacenamiento térmico industrial que sea la mejor opción para todos los proyectos – depende de las especificaciones de cada instalación.

La temperatura del proceso suele ser el primer criterio de selección, ya que determina qué materiales y configuraciones pueden utilizarse. Sin embargo, rara vez es el único. También influyen las horas de almacenamiento requeridas, el perfil de demanda térmica, el espacio disponible, la integración con la instalación existente, la estrategia de operación, los requisitos de mantenimiento, la diferencia de temperatura entre carga y descarga, la eficiencia y el presupuesto.

Además, las distintas tecnologías presentan diferentes grados de madurez comercial. Algunas llevan varias décadas utilizándose en aplicaciones industriales, mientras que otras continúan evolucionando y ofrecen características prometedoras, aunque con menor implantación.

La tabla siguiente resume las principales tecnologías de almacenamiento térmico empleadas en aplicaciones industriales de calor de baja, media y alta temperatura y compara los factores que normalmente determinan su selección.

4. Tabla comparativa de tecnologías TES

En la Tabla 1 se resumen las principales tecnologías de almacenamiento térmico industrial actualmente utilizadas en aplicaciones industriales donde el vapor o calor se podría proporcionar a través de energía solar térmica de concentración (CST). Su objetivo es facilitar una comparación rápida de los factores que suelen influir en su selección.

La comparativa se centra en las tecnologías con mayor implantación comercial en este tipo de proyectos. Los valores son orientativos y deben interpretarse como una guía para una primera evaluación.

Tabla 1: Comparativa de tecnologías de almacenamiento térmico (TES) para aplicaciones industriales

5. Cómo interpretar la tabla

La tabla permite identificar rápidamente qué tecnologías merece la pena considerar y cuáles probablemente no encajan con una aplicación determinada de almacenamiento térmico industrial en procesos de calor. No sustituye al diseño de ingeniería, pero sí ayuda a reducir las alternativas desde el principio.

Es habitual que una tecnología destaque por encajar bien por su rango de temperatura, otra por su coste relativamente bajo o su grado de madurez y comercialización, y otra por su facilidad de integración.

Figura 2. Cuatro tipos de almacenamiento térmico a base de calor sensible. De izquierda a derecha: (a) Magaldi Green Thermal Energy Storage a base de tecnología de lecho de arena fluidizado; (b) Almacenamiento de calor ENERGYNEST ThermalBattery™ a base de hormigón; (c) Kyoto Group Heatcube utilizando sales fundidas; (d) Almacenamiento de calor de agua presurizada.

Si quieres profundizar en alguna de estas tecnologías o temas, puedes consultar nuestros artículos sobre Industrial Thermal Energy Storage – Part I, Industrial Thermal Energy Storage – Part II, Ceramic Thermal Energy Storage y Nighttime Solar Electricity: Hybrid CSP Plants with Thermal Storage.

Conclusión

El almacenamiento térmico puede aumentar el aprovechamiento de la energía solar y aportar mayor flexibilidad a una instalación industrial contribuyendo a la descarbonización del calor industrial. La tecnología más adecuada dependerá de factores como la temperatura del proceso, el perfil de demanda, el espacio disponible y la integración con el campo solar.

La tabla presentada en este artículo pretende servir como una primera referencia para comparar las principales alternativas e identificar cuáles merece la pena considerar en cada proyecto.

En FersiSolar ayudamos a empresas industriales a diseñar e integrar sistemas de almacenamiento térmico para nuevas instalaciones y para plantas solares de concentración existentes. Si estás estudiando incorporar TES a tu proceso, podemos ayudarte a analizar las distintas alternativas y seleccionar la solución que mejor encaje con tu instalación y objetivos.