Tanques de sales fundidas y evaluación de integridad del SGS
Centro Ibérico de Investigación en Almacenamiento Energético
📍Cáceres, España
El proyecto de Planta Piloto de Almacenamiento Térmico del Centro Ibérico de Investigación en Almacenamiento Energético (CIIAE) representa una de las iniciativas científico-tecnológicas más ambiciosas impulsadas en España en el ámbito de la transición energética y la descarbonización industrial. Se trata de una infraestructura singular concebida para acelerar el desarrollo, validación, demostración y escalado preindustrial de tecnologías avanzadas de almacenamiento de energía, elemento clave para aumentar la gestión de las energías renovables y posibilitar procesos industriales bajos en carbono.
El proyecto se desarrolla en el marco de creación del CIIAE, una infraestructura científico-tecnológica estratégica impulsada mediante el Plan de Recuperación, Transformación y Resiliencia (PRTR), financiado con fondos europeos NextGenerationEU, y orientada a situar a la Península Ibérica y, particularmente a Extremadura, como uno de los polos europeos de referencia en investigación aplicada en almacenamiento energético.
En este contexto, CADE Soluciones de Ingeniería (CADE) asume la ejecución integral de la planta piloto de almacenamiento térmico conforme al expediente EXP 2025-01-CIIAE, ejecutando en la modalidad “llave en mano” el alcance completo de ingeniería, suministro, instalación, integración, automatización, puesta en marcha y pruebas, legalización y servicio de atención post venta, permitiendo al CIIAE disponer de una instalación plenamente operativa, flexible y preparada para investigación avanzada.
¿QUÉ ES EL CIIAE?
El CIIAE constituye una gran infraestructura científica concebida para resolver uno de los principales retos de la transición energética: cómo almacenar energía renovable de forma eficiente, flexible, escalable y económicamente viable.
La penetración creciente de generación renovable introduce un problema estructural: la producción energética no siempre coincide con los momentos de demanda. El almacenamiento energético emerge como un vector tecnológico crítico para asegurar estabilidad de red, flexibilidad operativa, independencia energética, competitividad industrial y reducción de emisiones.
El CIIAE nace precisamente para responder a este desafío desde una aproximación científica, tecnológica e industrial, integrando capacidades que abarcan todo el ciclo de innovación: desde ciencia básica de materiales hasta demostración preindustrial de tecnologías energéticas en entornos relevantes. Surge a partir del convenio firmado entre el Ministerio de Ciencia e Innovación, el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), la Junta de Extremadura y el Parque Científico y Tecnológico de Extremadura (FUNDECYT-PCTEX).
El objetivo del convenio es la creación, equipamiento y puesta en marcha del CIIAE dentro del Plan de Recuperación, Transformación y Resiliencia, financiado por el mecanismo europeo NextGenerationEU.
El CIIAE tiene la misión de desarrollar tecnologías que permitan gestionar de manera eficiente la producción de energía verde, superando las limitaciones de intermitencia y facilitando su integración masiva en los sistemas energéticos e industriales. Se orienta específicamente a:
- Almacenamiento eléctrico.
- Hidrógeno y Power-to-X.
- Almacenamiento térmico.
- Modelización energética.
- Análisis de ciclo de vida.
- Economía circular.
- Análisis tecno-económico.
- Regulación energética.
- Prototipado de sistemas de almacenamiento.
Su aproximación cubre distintos niveles de madurez tecnológica (TRL 1 a 7), combinando investigación básica con validación experimental y plantas de demostración a gran escala.
El CIIAE estructura sus capacidades alrededor de tres grandes dominios tecnológicos:
- Almacenamiento eléctrico, enfocado a baterías avanzadas, nuevos materiales electroquímicos, caracterización y validación de sistemas de almacenamiento electroquímico.
- Hidrógeno y Power-to-X, orientado a producción, almacenamiento, transporte y uso industrial del hidrógeno verde, incluyendo combustibles sintéticos y vectores energéticos derivados.
- Almacenamiento de energía térmica, que persigue desarrollar tecnologías capaces de almacenar calor/frío de forma eficiente para aplicaciones industriales, edificios, gestión térmica y de flexibilidad de red. Es en esta línea donde se enmarca el proyecto ejecutado por CADE.
El CIIAE no es únicamente un centro de laboratorios, se diseña como un ecosistema científico-industrial compuesto por laboratorios avanzados, plantas piloto, infraestructuras de ensayo de alta potencia, microrredes, sistemas energéticos experimentales y equipamiento para escalado tecnológico. El objetivo es cerrar el denominado “valle de la muerte tecnológica”, permitiendo pasar desde la investigación académica hasta validaciones pre-comerciales.
DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO
El proyecto consiste en el diseño, ingeniería, suministro, fabricación, instalación, automatización, legalización y puesta en marcha y pruebas de una Planta Piloto de Almacenamiento Térmico avanzada, concebida como infraestructura experimental del CIIAE para investigación aplicada y validación tecnológica de sistemas de almacenamiento energético basados en calor.
La instalación se integra dentro del edificio de plantas piloto del complejo científico-tecnológico del CIIAE en El Cuartillo, Cáceres, y se concibe desde el inicio como una infraestructura de investigación flexible, reconfigurable y abierta a evolución futura.
A diferencia de una instalación industrial convencional, cuyo objetivo es la producción estable de energía o proceso, la planta del CIIAE nace con una finalidad distinta: probar, comparar, optimizar y validar tecnologías de almacenamiento térmico en condiciones reales o cercanas a escala industrial, generando datos científicos de alta calidad y facilitando el escalado posterior hacia aplicaciones comerciales.
El proyecto responde así a una necesidad crítica del sistema energético europeo: almacenar energía renovable en forma de calor de forma eficiente y gestionable.
Mientras que el almacenamiento electroquímico (baterías) domina aplicaciones de corta duración, numerosos sectores industriales requieren almacenamiento energético en forma térmica para:
- Procesos de alta temperatura.
- Electrificación industrial.
- Recuperación energética.
- Flexibilidad de red.
- Hibridación renovable.
- Almacenamiento estacional.
- Reducción de consumo fósil.
En este contexto, la planta del CIIAE permitirá responder preguntas tecnológicas fundamentales:
- ¿Qué tecnologías térmicas son más eficientes?
- ¿Qué materiales almacenan mejor el calor?
- ¿Cómo evolucionan térmicamente las tecnologías de almacenamiento probadas tras cientos de ciclos?
- ¿Qué degradación sufren?
- ¿Qué configuración ofrece mejor rendimiento económico?
- ¿Cómo pueden integrarse entre sí las diferentes tecnologías?
- ¿Cómo responden los sistemas ante perfiles variables de carga y descarga similares a los de una red eléctrica real?
- ¿Qué papel puede desempeñar el almacenamiento térmico en la integración de energías renovables y la gestión de excedentes?
- ¿Qué soluciones presentan mayor potencial de escalabilidad industrial?
Para el diseño de la planta, se aplica la filosofía de maximización de la flexibilidad experimental con elevada robustez operativa y seguridad industrial. Explícitamente, se busca que muchos componentes puedan desmontarse, reemplazarse y evolucionar durante la vida útil del centro, por lo que ha de permitir de forma ágil la sustitución y/o mantenimiento de equipos, el cambio de materiales de almacenamiento térmico, la incorporación de nuevas tecnologías y la integración con futuros desarrollos del centro.
Por otro lado, el nivel de instrumentación exigido es muy superior al habitual en una instalación industrial convencional porque el objetivo no es únicamente operar, sino medir científicamente el comportamiento térmico de los sistemas que integran la planta piloto.
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS
La planta se articula alrededor de una arquitectura modular, formada por un circuito térmico central y diferentes tecnologías de almacenamiento energético que pueden operar de forma coordinada, tanto en el modo de carga como en el modo de descarga.
La instalación se compone de cinco grandes bloques tecnológicos:
- Módulo común mediante transferencia térmica por fluido caloportador (HTF).
- Módulo de sales fundidas.
- Módulo de materiales sólidos.
- Módulo de materiales de cambio de fase (PCM).
- Sistema de integración térmica entre tecnologías.
Todo ello bajo un sistema unificado de automatización mediante PLC’s, supervisión SCADA, adquisición masiva de datos, monitorización experimental y seguridad funcional.
Módulo HTF (Heat Transfer Fluid).
Núcleo central de la planta.
El núcleo funcional de toda la planta es el módulo de fluido caloportador (HTF), que actúa como sistema circulatorio térmico compartido entre las diferentes tecnologías de almacenamiento.
Su misión consiste en:
- Transportar energía térmica entre las distintas tecnologías de la planta piloto.
- Alimentar módulos experimentales futuros (p.ej. módulo de sorción).
- Transferir calor entre diferentes sistemas de almacenamiento térmico.
- Habilitar integración energética entre los distintos módulos.
El fluido seleccionado es Helisol 5A (polidimetilsiloxano), un aceite térmico de altas prestaciones especialmente adecuado para operación a temperaturas elevadas. A diferencia de los aceites térmicos convencionales, este fluido permite trabajar de forma estable y segura en rangos térmicos muy exigentes, ofreciendo una elevada estabilidad termoquímica, baja degradación y excelentes propiedades de transferencia de calor. Su selección posiciona a la planta piloto en un nivel tecnológico avanzado y poco habitual en infraestructuras experimentales de este tipo, permitiendo aproximarse a condiciones reales de operación de futuras aplicaciones industriales de almacenamiento térmico de alta temperatura.
Las características principales de diseño son:
- Potencia eléctrica máxima de 300 kW.
- Operación hasta 410 °
- Temperatura máxima de diseño de 425 °
- Capacidad de trabajar con distintos saltos térmicos.
- Consumo energético optimizado.
El núcleo funcional de toda la planta es el módulo de fluido caloportador (HTF), que actúa como sistema circulatorio térmico compartido entre las diferentes tecnologías de almacenamiento.
Su misión consiste en:
- Transportar energía térmica entre las distintas tecnologías de la planta piloto.
- Alimentar módulos experimentales futuros (p.ej. módulo de sorción).
- Transferir calor entre diferentes sistemas de almacenamiento térmico.
- Habilitar integración energética entre los distintos módulos.
El fluido seleccionado es Helisol 5A (polidimetilsiloxano), un aceite térmico de altas prestaciones especialmente adecuado para operación a temperaturas elevadas. A diferencia de los aceites térmicos convencionales, este fluido permite trabajar de forma estable y segura en rangos térmicos muy exigentes, ofreciendo una elevada estabilidad termoquímica, baja degradación y excelentes propiedades de transferencia de calor. Su selección posiciona a la planta piloto en un nivel tecnológico avanzado y poco habitual en infraestructuras experimentales de este tipo, permitiendo aproximarse a condiciones reales de operación de futuras aplicaciones industriales de almacenamiento térmico de alta temperatura.
Las características principales de diseño son:
- Potencia eléctrica máxima de 300 kW.
- Operación hasta 410 °
- Temperatura máxima de diseño de 425 °
- Capacidad de trabajar con distintos saltos térmicos.
- Consumo energético optimizado.
El calentamiento del fluido HTF se realiza mediante calentadores eléctricos modulantes, capaces de operar con diferentes regímenes térmicos para reproducir múltiples escenarios experimentales.
El enfriamiento se produce mediante aerorrefrigeradores, permitiendo trabajar en un amplio rango térmico desde 410 °C hasta aproximadamente 60 °C.
Uno de los aspectos más innovadores es que el HTF no debe enfriarse obligatoriamente tras descargar energía, permitiendo reutilizar calor residual en otros módulos y minimizando el consumo energético global. Este concepto convierte la planta en un sistema termo-energéticamente integrado, en lugar de módulos aislados.
Módulo de sales fundidas.
Almacenamiento térmico de alta temperatura
El sistema de sales fundidas constituye probablemente la tecnología de almacenamiento térmico más madura para aplicaciones de alta temperatura y gran capacidad energética, especialmente en plantas termosolares. El CIIAE incorpora esta tecnología como referencia experimental.
Se emplea una mezcla denominada “solar salt”, compuesta por un 60 % de nitrato sódico (NaNO₃) y un 40 % de nitrato potásico (KNO₃), capaz de almacenar grandes cantidades de energía térmica a temperaturas muy elevadas.
El sistema debe garantizar:
- Capacidad mínima de almacenamiento de 400 kWh.
- Potencia mínima de 100 kW.
- Ciclos completos inferiores a 4 horas.
- Operación entre 500 y 565 °
La arquitectura seleccionada es la clásica configuración de dos tanques: tanque caliente y tanque frío, en un proceso en el que durante la carga las sales absorben energía del HTF, aumentan su temperatura y migran desde el tanque de sales frías al tanque caliente; mientras que en la descarga las sales liberan energía, transfiriendo calor al HTF y retornando de nuevo al tanque frío.
Uno de los mayores retos de las sales fundidas es su tendencia a cristalizar. Para evitarlo, el proyecto contempla trazado eléctrico integral y, en caso de ser necesario, calentamiento adicional mediante resistencias eléctricas.
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