- 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.
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