Tipos de centrales termosolares
Existen diferentes tecnologías de generación de energía solar para las centrales termosolares. En función de la tecnología empleada tenemos diferentes tipos de centrales termosolares. Estos son los principales:La central termosolar de canales parabólicos
Está tecnología usa espejos cóncavos montados en forma de canal para dirigir los rayos del sol hacia el fluido. Los espejos concentran los rayos del sol. Estos son recibidos sobre una tubería por la que circula un fluido caloportador. Este fluido adquiere toda la energía solar y es transportado hacia un intercambiador. Allí cederá la energía térmica para su transformación. Este proceso será para la generación de energía eléctrica o será almacenada para su posterior uso. Ambos procesos forman parte de este tipo de centrales termosolares.
Los espejos cóncavos se denominan colectores cilíndricos parabólicos. Estos son montados sobre una estructura capaz de girarlos. El objetivo de este sistema es poder seguir la trayectoria solar a lo largo del máximo de horas solares posibles en la ubicación de la central solar.
La complejidad de fabricación radica en alcanzar la forma cóncava adecuada. El acabado final de la superficie debe enfocar los rayos solares en el punto adecuado. Esto es preciso para obtener un aprovechamiento máximo de la superficie de captación solar.
Actualmente, la central termosolar de canales parabólicos es es el tipo más extendido a nivel mundial.
La central termosolar de heliostatos con receptor central en torre
Este tipo de centrales termosolares requiere de una gran superficie. En la superficie de la central se colocan distribuidos los heliostatos. Los heliostatos unos espejos de amplia superficie montados sobre una estructura. Tiene capacidad de girar tanto horizontal como verticalmente. El objetivo consiste en captar los rayos solares, siguiendo la trayectoria del sol, y reflejando los rayos solares en un punto concreto. Este reflejo va a una torre central de la instalación. Allí, se sumaran todos los rayos reflejados por todos los heliostatos. Debido a este fenómeno se concentrará una alta temperatura.
Esto se consigue mediante un control de movimiento de las bases de los heliostatos. Para ello, se emplean modernos sistemas de automatización, los cuales requieren complejos cálculos de trayectorias y posicionamiento guiado por ordenador.
Esta tecnología presenta una gran dificultad. Cada heliostato tiene una ubicación distinta respecto al foco de la torre. Por tanto, cada heliostato requiere un diferente posicionamiento y una regulación particular de sus ejes.
Existen otros tipos de plantas termosolares en investigación y de desarrollo.
Estos tipos de plantas termosolares son igual de importantes que las anteriores. Aunque no son tan fiables y se puede decir que están en vías de investigación, desarrollo, e innovación. Así que esperamos que nos sorprendan más adelante. Aquí las vemos.
La central termosolar con reflectores lineales Fresnel
Las centrales termosolares con reflectores lineales Fresnel montan los espejos planos sobre una estructura. De forma que se permite el giro en un eje del espejo con el fin de seguir la trayectoria solar y focalizar la captación sobre el conducto que contiene el fluido caloportador.
Este tipo de central termosolar está en vías de desarrollo y se esperan mejores resultados. Se basa en las experiencias de las centrales de canales parabólicos.
Esta tecnología sustituye el espejo cóncavo por varios espejos planos con inclinaciones adecuadas. Además utiliza una disposición similar a la lente de Fresnel. Aplicado a nuestro campo, se utiliza gran apertura para recoger el máximo de radiación. Se pretende focalizar lo más cercano posible para reducir las dimensiones de la instalación.
La finalidad de los reflectores lineales Fresnel es conseguir un aprovechamiento similar a las centrales termosolares de canales parabólicos. La gran diferencia radica en el uso de espejos planos. Este aspecto abarata mucho la instalación, porque la fabricación de estos espejos convencionales es mucho más simple que la fabricación de espejos cóncavos. La fabricación de los espejos cóncavos requiere unos parámetros muy específicos, que eleva enormemente el coste.
En España hay centros como la Plataforma Solar de Almería del CIEMAT, el Centro Nacional de Energías Renovables (CENER) o el Centro Tecnológico Avanzado de Energías Renovables (CTAER), entre otros, están trabajando en el desarrollo de estas líneas de investigación.Este curso incluye contenidos de centrales termosolares
La central termosolar con discos parabólicos de Stirling
Una central termosolar con discos parabólicos de Stirling cuenta con concentradores parabólicos independientes. En el foco se coloca un motor un motor térmico de combustión externa, el cual transforma la energía recibida térmica en un giro mecánico. El motor Stirling lleva acoplado a su vez un generador eléctrico. Así cada unidad independiente produce por si sola energía eléctrica. Este tipo de central termosolar canaliza toda la energía eléctrica producida para adaptarla a la tensión y características adecuadas previamente a su conexión a la red. Esta tecnología continúa en investigación, y mantiene un potencial amplio de mejora.Ventajas de las centrales termosolares
Las plantas de energía que emplean la tecnología termosolar tienen numerosas ventajas frente a otras. Las ventajas más destacadas de las centrales termosolares son:
✅ No usa combustibles: elimina el peligro de su almacenamiento y la logistica necesaria para su funcionamiento en continuo.
✅ Impacto ambiental nulo: la energía solar no produce desechos, ni residuos, basuras, humos, polvos, vapores, ruidos, olores, etc.
✅ Buena percepción y aceptación social.
✅ Fomenta empleos cualificados para atender las necesidades especificas de una central termosolar
Inconveniente de construir una central termosolar
A pesar de ser una tecnología muy eficiente y respetuosa con el medio ambiente, también presenta algunas dificultades donde otras plantas de energía pueden resultar una mejor alternativa. Los principales inconvenientes que presenta una cetral termosolar son:
✅ Necesita una amplia disponibilidad de agua
✅ La viabilidad económica de un proyecto termosolar depende de forma directa del clima. Sólo son viables en regiones cálidas y muy soleadas. Se requieren valores de irradiación solar directa elevados.
✅ Requiere la construcción del campo solar. Esto implica que sólo se puede construir sobre un terreno de superficie plana para evitar las sombras frecuentes de un terreno ondulado.
✅ Utiliza acumuladores de calor para cuando no exista la suficiente radiación solar.
✅ Implica un centro de distribución de energía con los elementos de conexión eléctrica a la red.
✅ Presenta un peligro por las altas temperaturas.
¿Cómo se concentran los rayos solares en una instalación termosolar?
En una central termosolar la captación y la concentración de los rayos del sol se alcanza a través de espejos. Estos deben tener una orientación automática. Se colocan apuntando a una torre donde se calienta el fluido caloportador.
En otras ocasiones se emplean mecanismos con geometría parabólica y de menores dimensiones. La captación de energía solar para su aprovechamiento se puede llevar a cabo mediante el uso de distintas técnicas. El desarrollo continuo de la energía termosolar lleva a aplicar técnicas innovadoras.
¿Qué países destacan por sus plantas termosolares?
La generación de energía termosolar aumenta a nivel mundial mediante la construcción de los diferentes tipos de centrales termosolares, que hemos visto anteriormente.
La tecnología está avanzando continuamente y veremos que estos datos progresan en un futuro próximo. Los últimos datos que tenemos indican que los siguientes países son los más avanzados por sus centrales termosolares.
🔅 Estados Unidos
Estados Unidos presenta 16 centrales termosolares en operación. La generación de todas ellas alcanza 1800 MW de potencia instalada. La mayoría de ellas son de tipo central termosolar de canales parabólicos y de heliostatos con receptor central en torre.
Las conocidas centrales SEGS llevan operando desde los años 80. Aproximadamente 1.8 gigavatios de CSP están conectados a la red, incluidos más de 767 megavatios de Ivanpah, la segunda fase de Genesis Solar y el Mojave Solar de Abengoa. Estos entraron en funcionamiento en el año 2014.
Las 110 dunas de Crescent de SolarReserve se pusieron en funcionamiento a finales de 2015. La planta de CSP de torre de energía de sal fundida más grande en operación comercial en el mundo.
Reflejando este valor incrementado de energía solar despachable, el objetivo 2030 para las plantas con picos de CSP con menos de seis horas de almacenamiento de energía es de $ 0.10 por kilovatio-hora. El objetivo para las plantas de carga básica de CSP con un mínimo de 12 horas de almacenamiento de energía es de $ 0.05 por kilovatio -hora.
Estos objetivos se analizan en profundidad en el Informe CSP 2030. Este informe ha sido elaborado por el Laboratorio Nacional de Energía Renovable en enero de 2019.
El programa Sunshot pretende promover el desarrollo tecnológico para conseguir reducciones de precio de futuras centrales termosolares. Si bien, el mercado parece que recientemente se ha activado mediante proyectos de “EOR” Enhanced Oil Recovery para generación de vapor mediante instalaciones solares de concentración.
🔅 Sudafrica
Sudafrica destaca entre los países con energía termosolar. Tomó el testigo de las nuevas centrales de energía termosolar a nivel mundial tras el parón en España y EE.UU. Actualmente cuenta con 300MW en operación y otros 300MW en construcción o desarrollo. Las actividades de promoción de esta tecnología continúan en marcha.
🔅 Países árabes (Región Mena)
MENA es un acrónimo del inglés refiriéndose al Medio Oriente y el norte de África (Middle East and North Africa, Medio Oriente y norte de África). De forma más concreta, cubre una región extensa que se extiende de Marruecos a Irán, incluyendo a todos los países del Medio Oriente. En esta región encontramos varios países con energía termosolar.
Esta región ha sido vital para el desarrollo de la tecnología a nivel mundial. Las empresas españolas han participado tanto en ingeniería como en construcción. Lo que las sitúa entre las mejores del mundo.
Marruecos, con sus planes de desarrollo Noor I, II, III, Middelt ha comprendido el gran valor añadido del almacenamiento en las centrales termosolares. Su plan de desarrollo de energías renovables se ve fuertemente respaldado por las centrales termosolares.
Israel está en fase final de construcción de sus centrales Ashalim.
Kuwait está en fase de construcción de su central Shagaya CSP Project.
Otra aplicación de las centrales termosolares es la integración con ciclos combinados, los denominados ISCCs “Integrated Solar Combined Cycles” ubicados en Arabia Saudi y Argelia.
En esta región cabe destacar el papel de Dubai. Tras la ejecución del proyecto Shams 1, recientemente se ha adjudicado el concurso internacional para la implementación de 700MW. Esta enorme central termosolar de canales parabólicos estará formada por 3 centrales de colectores cilindro parabólicos de 200MW cada una y una central de receptor central de torre de sales fundidas de 100MW. Este proyecto ha destacado por reducción de costes en la construcción. Oficialmente, se ha comunicado la adjudicación a un consorcio Saudi y chino por 7,3c$/kWh.
Por último en esta región cabe destacar el interés de Jordania por incluir la generación de energía termosolar en el medio plazo en sus planes de producción de energías renovables.
🔅Chile
Se augura un futuro prometedor de la tecnología en este país con tanto potencial solar. Se está a la espera de que se retomen las actividades de construcción de la central Atacama1 de 110MW de tecnología central de torre. Su compromiso con la tecnología se vio reflejado con la celebración del congreso SolarPACES 2017 en Santiago de Chile.
El recurso solar en este país es excepcional. Gracias a los avances tecnológicos y al potencial de crecimiento industrial para los próximos años Chile es un país interesante en este sector.
Chile ha recibido ofertas de proyectos termosolares entorno a los 5c$/kWh. Si bien, otras tecnologías ofrecieron ofertas más bajas en su sistema de subastas, por lo que de momento no ha avanzado la construcción de nuevas centrales termosolares.
🔅 China
Los planes de CSP para 2020 son realmente ambiciosos. El tamaño en superficie y la gran demanda de energía situan a China como un país que apostará fuertemente por esta energía.
Se prevé que por el volumen de potencia a instalar en China, los costes de esta tecnología se vean cada vez más reducidos. Se espera que la consecuencia de una creación de industrias competitivas a lo largo de toda la cadena de valor a favor de la competitividad de las centrales termosolares.
China anunció la creación de 20 proyectos pilotos de 1,3GW de potencia en 2018. Si bien no se han acabado en la fecha prevista muchos de estos proyectos, su finalización durante el año 2019, cambiará el mapa internacional de la energía termosolar.
Las centrales termosolares en el resto de Europa
Dentro de Europa, España es el país líder en esta tecnología. La mayor planta termosolar de España tiene un gran tamaño y una tecnología puntera. No obstante, otros países participan con diferentes tipos de centrales termosolares.
🔅 Francia
El proyecto eLLO de 9MWe ubicado en el este de los pirineos ha sido el último en entrar en funcionamiento durante el pasado año.
🔅 Italia
Destaca su central termosolar en Ottana con tecnología de reflectores lineales Fresnel. Tras más de un año funcionando se considera un éxito.
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Siempre ha trabajado en ingeniería de aguas y energía en grandes empresas como FCC y ACS. Actualmente, lidera el equipo de TECPA y disfruta con la docencia de contenidos innovadores.
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