- DISCO STIRLING.
- TECNOLOGÍA DE TORRE.
- TECNOLOGÍA
CILINDRO-PARABÓLICA.
- ISCC (Integración Solar en
Ciclos Combinados).
- REQUISITOS BÁSICOS PARA LA
INSTALACIÓN DE LA CENTRAL TERMOSOLAR.
ÍNTRODUCCIÓN.
En
la actualidad existen 3 tipos principales de centrales termosolares
las de disco stirling, las de torre y las de colectores cilindro
parabólicos, a
partir de estos 3 tipos se están desarrollando otros módelos de
produción como
convinar centrales termosolares con ciclos combinados, para mejorar
rendimientos.
1.
DISCO STIRLING.
Un
sistema de concentrador disco Stirling está compuesto por un
concentrador solar
de alta reflectividad, por un receptor solar de cavidad, y por un motor
Stirling o una microturbina que se acopla a un alternador. El
funcionamiento
consiste en el calentamiento de un fluido localizado en el receptor
hasta una
temperatura entorno a los 750º C. Esta energía es utilizada para la
generación
de energía por el motor o la microturbina. Para óptimo funcionamiento,
el
sistema debe estar provisto de los mecanismos necesarios para poder
realizar un
seguimiento de la posición del sol en dos ejes.
Figura 1. Captador Disco
Stirling.
2.
TECNOLOGIA DE TORRE.
La
tecnología de torre se posiciona como una tecnología termosolar con un
grado de
madurez media.
En
los
sistemas de torre, un campo de helióstatos o espejos móviles que se
orientan
según la posición del sol, reflejan la radiación solar para
concentrarla hasta
600 veces sobre un receptor que se sitúa en la parte superior de una
torre.
Este calor se transmite a un fluido con el objeto de generar vapor que
se
expande en una turbina acoplada a un generador para la producción de
electricidad.
Figura 2.Esquema
de funcionamiento de la tecnología de torre.
El
funcionamiento de la tecnología de torre se basa en tres elementos
característicos: los helióstatos, el receptor y la torre.
1) Los
helióstatos
tienen la función
de captar la radiación solar y dirigirla hacia al receptor. Están
compuestos
por una superficie reflectante, una estructura que le sirve de soporte,
y
mecanismos que permiten orientarlo para ir siguiendo el movimiento del
sol. Las
superficies reflectantes más empleadas actualmente son de espejos de
vidrio.
2) El
receptor,
que transfiere el
calor recibido a un fluido de trabajo, que puede ser agua, sales
fundidas, etc.
Este fluido es el encargado de transmitir el calor a la otra parte de
la
central termosolar, generalmente a un depósito de agua, obteniéndose
vapor a
alta temperatura para producción de electricidad mediante el movimiento
de una
turbina.
3) La
torre
sirve de soporte al
receptor, que debe situarse a cierta altura sobre el nivel de los
helióstatos
con el fin de evitar, o al menos reducir, las sombras y los bloqueos.
Figura 3.Vista
de una torre y su campo de helióstatos.
2.1 Mejoras
en la tecnología de torre.
En la
constante búsqueda para obtener mayores rendimientos se ha avanzado
principalmente en dos frentes, conseguir mayores temperaturas e
hibridar y
mejorar el almacenamiento.
1. Altas
temperaturas, buenos rendimientos, las altas temperaturas
(superiores a
1000º C) que se pueden alcanzar con esta tecnología permiten aspirar a
elevados
rendimientos en la generación de electricidad, incluso por encima del
25 % en
la transformación de radiación solar a electricidad.
2. Hibridación
y almacenamiento, en la tecnología de torre, se puede
incorporar el
almacenamiento de energía. A partir de este almacenamiento el sistema
puede
proporcionar energía aun en condiciones de nubosidad o de noche.
Actualmente la
solución más utilizada es el uso de un tanque de almacenamiento de
agua/vapor o
sales fundidas que acumula la energía para ser distribuida en otro
momento, por
lo que la planta de ser sobredimensionada. Otra aplicación utilizada en
la
tecnología de torre es la hibridación.
3.
TECNOLOGIA
CILINDRO-PARABOLICA.
La
tecnología cilindro-parabólica es una tecnología limpia, madura y
con un extenso historial que demuestra estar preparada para la
instalación a
gran escala. Esta tecnología lleva siendo instalada a nivel comercial
desde los
años 80 con un excepcional comportamiento. Desde entonces, ha
experimentado
importantes mejoras a nivel de costes y rendimientos. Actualmente hay
300 MWs
en operación, 400 en construcción y alrededor de 6 GWs en promoción a
nivel
mundial.
La
tecnología cilindro-parabólica basa su funcionamiento en seguimiento
solar y en
la concentración de los rayos solares en unos tubos receptores de alta
eficiencia térmica localizados en la línea focal de los cilindros. En
estos
tubos, un fluido transmisor de calor, tal como aceite sintético es
calentado a
aproximadamente a 400 ºC
por los rayos solares concentrados. Este aceite es bombeado a través de
una
serie de intercambiadores de calor
para producir vapor
sobrecalentado. El calor
presente en este vapor, se convierte en energía eléctrica en una
turbina de
vapor convencional.
La
tecnología cilindro-parabólica es la tecnología CSP más desarrollada.
Figura 4. Esquema
de funcionamiento de la tecnología cilindro-parabólica.
Los
componentes principales del campo solar de la tecnología
cilindro-parabólica
son:
1) El
reflector
cilindro-parabólico:
La misión del receptor cilindro parabólico es reflejar y concentrar
sobre el
tubo absorbente la radiación solar directa que incide sobre la
superficie. La
superficie especular se consigue a través de películas de plata o
aluminio
depositadas sobre un soporte que le da la suficiente rigidez. En la
actualidad
los medios soporte más utilizados son la chapa metálica, el vidrio y el
plástico.
2) El
tubo absorbedor:
El tubo
absorbedor consta de dos tubos concéntricos separados por una capa de
vacío. El
interior, por el que circula el fluido que se calienta es metálico y el
exterior de cristal.
El fluido de trabajo que circula por el tubo interior es diferente
según la
tecnología. Para bajas temperaturas (< 200
ºC) se suele utilizar agua desmineralizada
con
Etileno-Glicol mientras que para mayores temperaturas (200º C <
T < 450 º
C) se utiliza aceite sintético. Las últimas tecnologías permiten la
generación
directa de vapor sometiendo a alta presión a los tubos y la utilización
de
sales como fluido caloportante.
3)
El sistema de
seguimiento del sol:
El sistema seguidor más común consiste en un dispositivo que gira los
reflectores cilindro-parabólicos del colector alrededor de un eje.
4) La
estructura
metálica: La misión
de la estructura del colector es la de da rigidez al conjunto de
elementos que
lo componen.
Figura 5.
Colector cilindro-parabólico.
3.1
Almacenamiento.
La
tecnología de colectores cilindro-parabólicos puede incorporar
almacenamiento
para poder producir electricidad en horas de oscuridad, la más
extendida es el
almacenamiento con sales. Esta tecnología se basa en la utilización de
dos
tanques de sales para almacenar el calor.
1)
Durante
el ciclo de carga, las sales intercambian calor con el fluido
procedente del
campo solar y se almacenan en el tanque caliente.
2)
Durante el ciclo de descarga, el sistema simplemente opera en sentido
contrario
al anteriormente expuesto, calentando el fluido caloportador que
generará vapor
para mover la turbina que producirá finalmente la electricidad.
Figura 6. Esquema
de funcionamiento de almacenamiento de sales fundidas.
Figura 7.
Depósitos de sales fundidas.
4.
ISCC
(Integracion Solar en Ciclos Combinados).
La
tecnología ISCC combina todos los beneficios de la energía solar con
los beneficios de un ciclo combinado. El recurso solar sustituye
parcialmente
el uso del combustible fósil con el ahorro de emisiones que ello
supone. El
campo solar se construye a partir de tecnología cilindro-parabólica.
4.1
El ciclo
combinado convencional.
Una
planta
convencional de ciclo combinado, está formada por una turbina de gas,
un
recuperador de calor y una turbina de vapor. En el caso de una planta
híbrida
solar ISCC, se utiliza la energía solar como energía auxiliar que
permitirá
incrementar el rendimiento del ciclo, y disminuir las emisiones.
4.2
El ciclo
combinado-solar
El
funcionamiento de una planta híbrida de ciclo combinado-solar, es
semejante al
de una planta de ciclo combinado convencional. El combustible
se quema
normalmente en la cámara de combustión de la turbina de gas. A los
gases de
escape que se dirigen al recuperador de calor, se les añade el calor
proveniente del campo solar, resultando en un aumento en la capacidad
de generación
de vapor
y consecuentemente un incremento de producción de electricidad en la
turbina de
vapor.
Figura 8. Esquema
de funcionamiento planta ISCC
5.
REQUISITOS BASICOS PARA LA
INSTALACION DE LA CENTRAL TERMOSOLAR.
Para
la instalación de plantas de tecnología termosolar,
existen ciertos requerimientos como vitales para que funcione
correctamente:
1) El
clima. La viabilidad económica de un proyecto termosolar depende de
forma
directa de los valores de irradiación solar directa que se registran
anualmente
en la zona considerada para la implantación, por lo que normalmente
este tipo
de centrales se instalan en zonas calidas y muy soleadas.
2) La
orografía. Una superficie plana facilita las labores de diseño y
construcción
del campo solar, ya que se evitan las sombras que pudiese provocar un
terreno
ondulado.
3) Disponibilidad
de agua.
4) Disponibilidad
de conexión eléctrica a la red.
5.1
Superficie mínima para la construcción de diferentes tipos de plantas
termosolares.
Figura
9. Instalación
termosolar de torre.
Para
la
construcción de una central termosolar se necesita una gran cantidad de
superficie para poder instalar todos los espejos y evitar las sombras,
en la
tabla 1, se muestran las superficies orientativas para diferentes
potencias y
configuraciones para unas condiciones de radiación en torno a los 2120
kWh/m 2
año.
Tabla
1.
Compara de
potencia de la instalación y superficie ocupada.
