Las plantas termosolares pueden producir electricidad incluso cuando no brilla el sol

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22/03/09

Las plantas de cilindros parabólicos poseen la capacidad de almacenar energía termosolar y distribuirla cuando sea necesaria.
Con el uso del almacenamiento térmico, las plantas pueden producir electricidad de forma planificada- incluso durante la noche.

Una ventaja decisiva relacionada con las plantas termosolares, al compararse con otras formas de energía renovable, es la posibilidad de producir electricidad incluso cuando no brilla el sol.

Las plantas de cilindros parabólicos poseen la capacidad de almacenar energía termosolar  y distribuirla cuando sea necesaria. Por ello,  el almacenamiento de energía térmica (TES) permite a las plantas de cilindros parabólicos alcanzar una mayor capacidad anual -pasando de 25% sin almacenamiento térmico hasta 70% o más con este.

Los sistemas de almacenamiento de calor absorben la parte producida en el campo solar durante el día. La  turbina produce electricidad al usar este  calor durante la noche o cuando el cielo está nublado.

La tecnología de cilindros parabólicos de almacenamiento térmico incluye: sistemas de almacenamiento, fluido transmisor de calor de sales fundidas y medios de almacenamiento.

Teniendo en cuenta la utilidad de este tipo de sistemas, se han dado rápidos avances en este campo.

El año pasado, el sistema de almacenamiento térmico  de la primera planta de cilindros parabólicos de Europa, Andasol 1, entró en funcionamiento. El uso de lo que se ha descrito como el almacenamiento térmico de sales fundidas más grande del mundo en cualquier planta industrial hasta la fecha, realizado por Solar Millennium, permite una operatividad planificada de las plantas incluso cuando el sol no brilla.

Significativamente, este método está ganando popularidad ya que muestra signos de triunfar más allá de Europa.

Países como Israel o Egipto ya han presenciado el establecimiento de plantas CSP en las que se incluye sistemas de hibridación y almacenamiento de calor.

El hecho de que empresas dentro de estas regiones estén trabajando con ideas autóctonas así como otras más reconocidas  (o ideas que se han implementado en un mercado como Europa) ha dado como resultado opiniones diversas en lo que respecta al almacenamiento.

Por ejemplo, en el caso de Solar Millenium y las plantas de cilindros parabólicos, la empresa está aplicando tecnología ya demostrada para la generación solar,  impulsándola hacia una dimensión completamente nueva con el uso de sistemas de almacenamiento. En el caso de Andasol 1, el calor generado en el campo solar será almacenado en una mezcla fundida de 60% de nitrato de sodio y 40% de nitrato de potasio. Ambas sustancias son usadas como fertilizantes o dentro de la producción de alimentos como conservantes.

El tanque de almacenamiento consiste en dos tanques de 14 metros de alto con un diametro de 36 metro y una capacidad de 28.500 toneladas de sales fundidas. Durante el proceso de bombeo desde el tanque “frio” al “caliente” las sales fundidas absorben el calor adicional a una temperatura de salida de aproximadamente 280ºC, llegando de esta manera a una temperatura de 380ºC. Un sistema de almacenamiento completamente cargado puede mantener la turbina operativa durante 7,5 horas, lo que significa casi 24 horas de operatividad de la planta durante el verano. Las sales fundidas  han sido usadas en diferentes aplicaciones industriales durante los últimos 60 años, por ejemplo en la galvanización.

Hace un par de meses, la empresa comenzó la construcción del primer campo solar de cilindros parabólicos en Egypto.

“El grupo Solar Millennium ya está invirtiendo en proyectos de Investigación y Desarrollo para nuevos almacenamientos térmicos,” afirmó su portavoz Sven Moormann. “En Europa, el grupo está integrado en proyectos I+D junto con otras empresas y DLR, especialmente en el sur de España (Plataforma Solar de Almería). En EE.UU, el grupo Solar Millennium  probará una nueva mezcla de sales que busca una gama de temperaturas más amplia que la mezcla de sales usada en los proyectos Andasol. Este proyecto I+D está co-financiado por el Departamento de Energía de EE.UU. Los programas de I+D futuros deberían dar una  alta prioridad especial a las redes HVDC que acelerarán el progreso de las plantas CSP.”

En lo que respecta a la planta de Egipto, una planta híbrida situada en Kuraymat al sur de El Cairo, usa tanto gas natural como energía termosolar.

Sobre los retos a la hora de montar una planta, Moormann indicó “el reto más ambicioso es la integración del campo solar con el sistema de recuperación de calor sobrante de la unidad de turbina (gas y vapor).”

Según Moormann, en general, el factor principal para alcanzar resultados óptimos es la integración de sistemas desde el calor solar hasta el ciclo combinado (CC).

“Por un lado, la energía térmica del campo solar puede ser transformada en electricidad con una eficiencia mayor en comparación con un ciclo rankine ya que el calor del gas de combustión permite un nivel temperatura mayor para el ciclo de vapor de agua. La desventaja es que la turbina de vapor opera a una eficiencia de carga parcial cuando no está disponible la luz solar. Esta optimización es uno de los mayores retos de diseño. Uno de los efectos positivos es el incremento de capacidad durante periodos de alta radiación debido a la influencia solar. La capacidad de plantas CC “normales”  se reduce con temperaturas ambiente altas cuando se necesita que entren en funcionamiento los sistemas de aire acondicionado,” indicó Moormann.

Retos

Una empresa como AORA Solar, que consiguió la primera licencia para una planta termosolar en Israel, contempla varios retos en lo concerniente al almacenamiento.

“El almacenamiento es una opción interesante, pero creemos que llevará mucho esfuerzo desarrollar almacenamiento de alta temperatura viable. Además, se necesita un campo solar mucho más grande para conseguir energía, ya que solo se puede recibir energía solar de día para un uso inmediato.  Actualmente la cuota de energía solar en la red es baja, y creemos que toda la energía puede contribuir al consumo durante el día.  Una vez que la energía solar se convierta en una parte más dominante del combinado energético, con toda seguridad el almacenamiento se interpretará como una alta prioridad,” afirmó Pinchas Doron, Presidente de la Oficina Tecnológica de AORA.

Con respecto a la disponibilidad de sistemas de almacenamiento térmico rentables  para alcanzar una sostenibilidad medioambiental completa, Gianluca Gigliucci, cabeza del departamento de investigación de energías renovables de Enel, comentó a CSPToday.com: “El almacenamiento de energía es un aspecto clave a la hora de alcanzar una producción predecible y estable en una planta solar  expuesta a radiaciones solares variables. La hibridación con calderas de gas natural no representa una solución general, debido a la no disponibilidad práctica del gas natural en zonas de alta radiación y debido al requisito estratégico de construir plantas de energía  renovable autónomas independientes del suministro de combustibles fósiles (esto es, no sujeto a la escasez de combustibles fósiles y a la variabilidad de los precios).”

Por ello, las tecnologías de almacenamiento de bajo coste son una parte importante de la explotación de las plantas CSP y debería ser apreciado como una de las claves del I+D, ya que su disponibilidad permitiría previsiones fiables de producción así como una mayor capacidad de inversión gracias a la distribución  real de energía en horas puntas durante todo el año, añadió Gigliucci.

Plantas CSP en la configuración híbrida

Por su parte, Doron considera que la hibridación solar con combustibles alternativos resulta un enfoque muy prometedor.

“El uso de combustibles renovables para las operaciones no solares permite un suministro de energía ecológica permanente. Por ejemplo, la integración de nuestro sistema con plantas de tratamiento de residuos  que generarían combustible para hacer funcionar nuestra turbina puede ofrecer los dos tipos de servicio, suministro de energía y  disposición de residuos. La estructura modular de nuestra planta proporciona la flexibilidad que permitirá su integración con cualquier instalación de tratamiento de residuos,” afirmó Doron.

Doron añadió: ” No realizamos integraciones con ciclos combinados ya existentes que se suelen ser plantas a gran escala  alejadas de los consumidores finales, sino que creemos que es más eficiente el uso de calor y energía combinados (CHP) que resulta en un mejor uso de nuestra capacidad  de proximidad al cliente.  No nos fijamos únicamente en las unidades autónomas- si bien somos probablemente la única (o quizá casi la única) opción CSP para las unidades autónomas. En el modo conectado a la red, podemos proporcionar energía en cualquier momento  que se necesite gracias a la capacidad de operatividad híbrida.”

Según Gigliucci, ” el uso del actual ciclo combinado  permite una eficiente conversión de energía solar en electricidad  gracias al uso de turbinas de vapor de a gran escala y sistemas de pre-calentamiento de agua de alta eficiencia   o la reducción de coste de inversión gracias al uso de componentes comunes de las plantas. Las plantas híbridas con ciclos combinados ya incorporados constituirán de una manera muy efectiva a incrementar la incursión de plantas CSP incluso en los  sitios en los que no se puede realizar inversiones de perfeccionamiento en las plantas autónomas,” comentó Gigliucci.

Incremento de la fiabilidad en las fuentes alternativas de energía

Las energías renovables son criticadas constantemente por no ser capaces de cubrir la carga base , ya que el viento  y el sol que ofrece la naturaleza no están disponibles permanentemente.

“Las plantas termosolares tienen un gran ventaja en la integración de almacenamiento térmico: su generación de electricidad puede ser proporcionada de forma planeada y contribuir de esta  forma a estabilizar la red. Con nuestra tecnología, la generación planificada de electricidad se ha hecho posible, no solo por el almacenamiento térmico, sino también por una combinación de varias fuentes de energía para una operatividad híbrida, como por ejemplo el gas natural y la energía solar. Los sistemas quemadores como los de gas natural pueden usarse para una generación de electricidad planificada. Con la solución híbrida, las plantas termosolares pueden producir electricidad 24 horas al día” afirmó Moormann.

“Nuestra meta es ofrecer electricidad planificable (sin interrupciones)  sobre una base completamente regenerativa,” declaró Moormann.

Aunque las empresas de nuevas tecnología hayan variado su opinión con respecto al almacenamiento y la hibridación, está claro que no escasearán medidas en este campo ya que la importancia de la generación termosolar en India, China, Oriente Medio y el Norte de África también está creciendo. Al mismo tiempo, teniendo en cuenta los escenarios de crecimiento para las plantas de combustión de gas en los países en vías de desarrollo, parece que valdrá la pena invertir en plantas solares integradas de ciclo combinado, ya que cada tonelada de CO2 que se evita gracias a los campos solares (con su función de ahorro de combustible), ayuda a reducir los riesgos del cambio climático.

flickr – es.csptoday.com

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