Los principales avances e innovaciones tecnológicas en el campo de la energía del último año

Los principales avances e innovaciones tecnológicas en el campo de la energía del último año

En un mundo donde las necesidades energéticas son cada vez mayores, la inversión en investigación y desarrollo se ha convertido en un factor clave para dar solución a los grandes problemas a los que se enfrenta el ser humano. Durante el último año, ingenieros de todo el mundo han conseguido importantes avances en este campo, centrándose la mayoría de ellos en el sector de las renovables, lo que demuestra el creciente interés en sistemas, métodos y técnicas más sostenibles y respetuosas con el medio ambiente. En Fieras de la Ingeniería enumeramos algunos de los principales avances e innovaciones tecnológicas en el campo de la energía llevadas a cabo durante el último año.

Diseños fotovoltaicos ultra-eficientes:

Una célula solar de cuatro conexiones, desarrollada por los ingenieros del Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energía Solar, Soitec y otras dos organizaciones de investigación, lograron un récord de eficiencia del 44,7% al convertir la luz solar en electricidad en septiembre de 2013. La estructura de esta célula solar está compuesta por cuatro sub-células fabricadas con diversos materiales semiconductores, cada una diseñada para la absorción de los diferentes rangos de longitud de onda del espectro solar.

Antes de este descubrimiento en el mismo año, un equipo dirigido por el Dr. Harry Atwater, un físico del Instituto de Tecnología de California, desarrolló un prototipo solar ultra-eficiente integrando un concepto de célula multi-conexión utilizando una tecnología de división de haz espectral. El diseño permite la división eficiente del espectro de la luz solar de seis a ocho longitudes de onda, produciendo cada una un color de luz diferente que pasa a través de una celda fabricada de un semiconductor específico que puede absorberlo. El diseño final de la tecnología se estima que sea capaz de alcanzar una eficiencia de conversión que podría superar el 50%.

El diseño de este primer prototipo utiliza un metal reflectante para recoger la luz solar y dirigirla a un ángulo específico en el panel solar con múltiples células solares. El amplio espectro de la luz solar se divide en diferentes colores a medida que pasa a través de la estructura, encontrando una serie de filtros ópticos. Además, el equipo del Dr. Atwater también se encuentra inmerso en el desarrollo de otros dos diseños basados en este pionero concepto. Uno de ellos utiliza filtros ópticos a nanoescala para filtrar la luz proveniente desde cualquier ángulo. El otro utiliza un holograma en lugar de filtros para dividir el espectro. Cuál de estos diseños ofrecerá el mejor rendimiento está todavía por verse.

Baterías de flujo para el almacenamiento de energía renovable a gran escala:

Un equipo de ingenieros del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) diseñaron una batería de flujo de bajo coste para almacenar la electricidad de origen renovable a gran escala. Mediante un prototipo desarrollado con esta innovadora tecnología, se demostró que la batería conseguía un rendimiento significativamente mayor que la mayoría de las baterías de iones de litio y otros sistemas comerciales y experimentales de almacenamiento de energía.

Los reactivos utilizados en el dispositivo de almacenamiento se basan en una solución compuesta por bromo líquido (menos costoso) e hidrógeno, incorporando tecnología de flujo laminar que permite a los líquidos ser sometidos a reacciones electroquímicas entre dos electrodos en dos corrientes paralelas separadas sin una membrana.

Además, en enero de 2014 un equipo de científicos e ingenieros de la Universidad de Harvard demostraron una nueva tecnología de batería de flujo que utiliza moléculas orgánicas llamadas quinonas (disponibles en abundancia en el petróleo crudo y plantas verdes), en lugar de emplear electrolitos de metales preciosos como el vanadio y platino. Como resultado, la nueva tecnología de batería de flujo ofrece un medio rentable de almacenamiento de energía renovable a gran escala a partir de fuentes eólicas y solares en la red.

Almacenamiento de energía eólica marina:

Los investigadores del MIT han desarrollado recientemente un método para almacenar y utilizar en demanda la electricidad generada por los parques eólicos marinos. La nueva tecnología representa un salto importante en la atenuación de la intermitente e impredecible naturaleza de la generación de energía eólica marina.

Este concepto de almacenamiento de energía eólica flotante, implica la construcción de una esfera hueca de hormigón con un diámetro de 30 m y un espesor de 3 m, situada en el fondo del mar. El concepto prevé una bomba conectada a la estructura del aerogenerador bajo el agua, que puede ser accionada cuando haya exceso de producción eléctrica, permitiendo bombear el agua de mar desde la esfera hueca. El agua puede posteriormente fluir vuelta a la esfera a través de una turbina hidroeléctrica conectada a un generador cuando sea necesario,produciendo así energía en ausencia de viento.

Avances en el desarrollo de tecnología de fusión nuclear:

La investigación en el área de desarrollo de tecnología de fusión nuclear alcanzó un nuevo hito en septiembre de 2013, cuando un experimento realizado por científicos del National Ignition Facility, ubicado en Livermore, California, confirmó que la cantidad de energía liberada por la reacción de fusión nuclear podría ser mayor que la energía absorbida por el combustible.

La tecnología de fusión nuclear implica la generación de energía a través de la fusión de dos o más átomos ligeros a uno más grande, a diferencia de la tecnología de fisión nuclear convencional mediante el cual la energía se libera a través de la división de átomos. Las partículas liberadas por la fusión se estima que son menos radiactivas, produciendo más energía que la liberada por la de fisión.

La viabilidad comercial de la tecnología de fusión puede ser realidad en un futuro próximo con las innovaciones en curso. El reactor más grande del mundo experimental de fusión nuclear, denominado ITER, se está desarrollando en el centro de investigación científica francés Cadarache como un proyecto conjunto de varios países, incluyendo los Estados Unidos, Rusia, India y Japón. Además, el grupo de investigación de la superconductividad de la Universidad de Twente hacia finales del 2013, desarrolló un sistema de cable superconductor que puede ayudar a crear un campo magnético lo suficientemente fuerte, como para controlar el plasma enormemente caliente en el núcleo del reactor de fusión.

Cometas submarinas para la generación de energía mareomotriz de baja velocidad:

Los ingenieros de la compañía sueca Minesto, han desarrollado una tecnología de nueva generación para aprovecharla energía a partir de las corrientes oceánicas a baja velocidad. La nueva tecnología utiliza un dispositivo llamado “Deep Green” parecido a un cometa bajo el agua, que abre una nueva oportunidad para la generación de energía en los océanos de todo el mundo, de un modo que no puede de otra manera ser explotado con las tecnologías existentes.

El innovador dispositivo de energía marina está equipado con un ala hidrodinámica y una turbina sin engranaje anclada al fondo del océano. El dispositivo puede flotar hasta 20 metros por debajo de la superficie del agua a lo largo de una trayectoria controlada para maximizar la producción de energía. El agua que pasa a través del dispositivo levantando el ala, hace girar la turbina para generar electricidad.

Un proyecto piloto basado en esta tecnología, comenzó a producir energía a finales de 2013 en Strangford Lough, Irlanda del Norte, demostrando su capacidad para producir electricidad a partir de corrientes con una velocidad inferior a 2,5 m/s. Dado el éxito, los ingenieros de Minesto están planeando una instalación a gran escala con una capacidad de 3 MW para el año 2015.

Estimulación de múltiples zonas desde pozo único en la mejora de sistemas geotérmicos:

Los ingenieros de AltaRock Energy, especializados en el desarrollo de energías renovables, han logrado un gran avance en sistemas geotérmicos mejorados (EGS, por sus siglas en inglés), creando zonas de estimulación múltiple a partir de un solo pozo en el área de pruebas de Newberry EGS, ubicado en Bend, Oregón, Estados Unidos. Como resultado, la nueva técnica abre el camino para la generación de electricidad a costes competitivos.

La tecnología se aplica en yacimientos geotérmicos creados mediante la perforación de pozos profundos en el suelo, fracturando las rocas calientes mediante la inyección de agua fría. El agua inyectada, calentada por contacto con la roca caliente, es llevada a la superficie mediante pozos de producción. Como resultado, la tecnología EGS amplía el alcance del aprovechamiento de la energía geotérmica de diversas localizaciones geográficas, a diferencia de los sistemas geotérmicos tradicionales que se limitan a los lugares de origen natural con este tipo de yacimientos.

La técnica de estimulación de múltiples zonas usando un solo pozo puede reducir el coste de producción de energía EGS en aproximadamente un 50%. La técnica hace uso de materiales de aislamiento zonal térmicamente degradables (TZIM, por sus siglas en inglés) y polímeros no tóxicos biodegradables. El TZIM, añadido a la inyección de agua, impulsa la estimulación desde una zona a la otra.

Avances en transmisión HVDC:

Los ingenieros de la compañía ABB con sede en Suiza, presentaron su sistema de transmisión HVDC Light de cuarta generación, diseñado para la transmisión subterránea y submarina mediante un convertidor VSC (Voltaje Source Converter) de ±320 kV. El nivel de tensión alcanzado en este sistema fue un 50% más alto que el récord anteriormente establecido por la propia ABB.

Por lo tanto, estamos ante el último avance en la tecnología HDVC (Corriente Continua de Alta Tensión), allanando el camino para la evolución de las redes interconectadas súper HVDC. A finales de 2012, ABB ya anunció el desarrollo de un disyuntor de circuito híbrido HVDC, fundamental para el funcionamiento fiable de este tipo de redes interconectadas. El disyuntor HVDC puede desconectar partes de la red que experimenten problemas al tiempo que garantiza la transmisión continua en el resto de la red.

Los ingenieros de ABB también han creado un centro de simulación para desarrollar controles para redes de corriente continua, incluyendo estaciones de conversión de CC a CA. La corriente continua de alto voltaje se ha utilizado tradicionalmente para la transmisión de punto a punto, mientras que las redes de transmisión integradas han sido operadas predominantemente con alimentación de corriente alterna. Por lo tanto, estos avances se dirigen al desarrollo de redes HVDC integradas que podrían transportar eficientemente la energía a lugares lejanos en cualquier parte del mundo reduciendo considerablemente las pérdidas de potencia/conducción.

El generador de energía Hydrogenie supera las pruebas con éxito:

Los ingenieros de General Electric anunciaron el éxito en las pruebas con su innovadora tecnología compacta de generación de energía, conocida como “Hydrogenie”, en abril de 2013. La tecnología permite una mayor generación de electricidad a partir de recursos renovables, como el agua y el viento, utilizandosuperconductores que funcionan a temperaturas relativamente altas.

El generador Hydrogenie de 1,7 MW a 214 rpm hace uso de superconductores de alta temperatura (HTS), en lugar de cobre para los devanados rotóricos en el motor. Aunque la superconductividad para fines similares sólo se podría lograr a -269°C, la nueva tecnología de generación de energía HTS demostró su capacidad para funcionar a temperaturas de hasta -223,15ºC.

Hydrogenie cuenta con un sistema de refrigeración criogénica, aislamiento térmico y un rotor situado dentro de una cámara. Como resultado, el avance podría conducir al desarrollo de generadores superconductores más eficientes, así como una reducción en el tamaño y el peso de hasta un 70% en comparación con los sistemas tradicionales, mejorando además la viabilidad de la energía hidroeléctrica y eólica.

Fuente: www.fierasdelaingenieria.com