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Tecnología termosolar

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El camino no ha sido fácil, pero Abengoa ha liderado un desarrollo en el campo de la energía termosolar que ha beneficiado a millones de personas en todo el mundo, desde España hasta Marruecos y desde Estados Unidos a Sudáfrica, al proporcionarles energía limpia y segura. Hoy veremos el recorrido realizado hasta ahora y examinaremos algunos de nuestros logros en el área de las tecnologías de energía termosolar (STE).

Interior

Las tecnologías de energía termosolar (STE) se pueden clasificar en varios tipos: con colectores cilindroparabólicos (PTC), con sistemas receptores centrales (CRS) o con sistemas de torre, con receptores fresnel y por último con sistemas de disco stirling. De todas estas tecnologías disponibles en la actualidad, la CRS se está situando a la vanguardia y podría convertirse en la tecnología de referencia.

Como se muestra a continuación, un sistema de receptor central típico, también conocido como tecnología solar de torre, consta de tres subsistemas principales: el campo de heliostatos, el receptor y el bloque de potencia. El campo solar consta de numerosos espejos controlados por ordenador que rastrean el sol de forma individual en dos ejes y que reflejan la radiación solar en el receptor ubicado en la parte superior de la torre. El receptor absorbe la radiación solar reflejada en el heliostato y la convierte en calor a altos niveles de temperatura. Según el diseño del receptor y la naturaleza del fluido de transferencia de calor, las temperaturas de trabajo pueden oscilar entre los 250 y los 1.000 ºC. La energía térmica se transforma en electricidad gracias a un bloque de potencia, siguiendo un proceso exactamente igual que el seguido en cualquier central termoeléctrica convencional.

Figure 1 Solar Central Receiver Plant Components

Además, la tecnología termosolar incorpora como sistema prioritario el sistema de almacenamiento de energía térmica. El almacenamiento térmico puede resolver a coste competitivo el desajuste que existe entre el suministro de energía procedente del recurso solar y la demanda de electricidad de la red, proporcionando una ventaja que distingue a las plantas termosolares en comparación con otras energías renovables, como la eólica o la fotovoltaica. Esta capacidad de gestionabilidad de la termosolar también está abriendo la puerta a configuraciones híbridas de plantas, combinando fotovoltaica o eólica con plantas termosolares con almacenamiento en el denominado concepto de “Smart Solar Plant” que Abengoa comercializa.

Actualmente, la termosolar dispone de dos sistemas comerciales de almacenamiento térmico. Los acumuladores de vapor y la tecnología de almacenamiento en sales. Abengoa es la única empresa que ha desarrollado e implementado los dos sistemas en sus plantas comerciales.

Las dos primeras plantas solares de torre comerciales en el mundo en utilizar un acumulador de almacenamiento de energía fueron construidas por Abengoa.

Las dos primeras plantas comerciales en utilizar el almacenamiento de energía térmica con acumulador de vapor fueron  PS10 y PS20, ambas ubicadas en España, propiedad de Atlantica Yield y diseñadas y construidas por Abengoa. Comenzaron a operar comercialmente en 2007 y 2009, respectivamente y, no solo fueron las dos primeras plantas de torre comerciales del mundo, sino también el punto de partida para la operación de la tecnología de generación de vapor (DGV) con almacenamiento directo.

Las plantas termosolares de GDV de segunda generación  utilizan vapor sobrecalentado que se sirve de un segundo receptor, cuya función principal es sobrecalentar el vapor producido en el evaporador. Esto permite alcanzar temperaturas más altas. El vapor vivo, que alimenta la turbina, puede alcanzar una temperatura de 540 ºC y 130 bares de presión, aumentando la eficiencia del ciclo de potencia en un 30 % en comparación con su precursor PS20.

Si mencionamos otros fluidos en la segunda generación de tecnología de torre, debemos destacar la tecnología de torre con sal fundida (MST). En este caso se utiliza una mezcla del 60 % en peso de nitrato de sodio (NaNO3) y 40 % en peso de nitrato de potasio (KNO3) como fluido caloportador y como fluido de almacenamiento. La planta de torre de sales dispone de un receptor de tipo tubular montado en la parte superior de una torre, donde la energía solar reflejada desde un campo de heliostatos calienta la sal fundida que circula por su interior  desde los 290 ° C a la entrada hasta 565 ° C. La sal caliente se envía al tanque caliente  de almacenamiento de sales y desde allí las sales fundidas se envían a un generador de vapor en el bloque de potencia. El vapor generado llega a una turbina de vapor sobrecalentado convencional y se produce la electricidad. La sal enfriada a la salida del generador se devuelve al tanque frío de sales y desde allí de nuevo al receptor.

La tecnología MST permite que la energía se suministre por la noche o en días nublados gracias a la alta capacidad de almacenamiento térmico en los sistemas de sales.

El sistema de almacenamiento térmico protege al generador de vapor de los transitorios solares y también suministra energía durante los períodos de ausencia de radiación, como la noche o en días parcialmente nublados. La alta capacidad de almacenamiento térmico en los tanques de sales, hace que el almacenamiento en sales fundidas sea idóneo para configuraciones que quieran garantizar una producción eléctrica durante 24 horas al día.

La tecnología MST  permite a su vez un almacenamiento directo en sales, que permite la descarga en condiciones nominales, y por lo tanto, aumenta la eficiencia media de la planta.

Figure 2 Molten Salt Central Receiver Plant ConfigurationC

En cuanto a la evolución de las plantas de torres comerciales en Abengoa, Khi Solar One es una planta de torre de 50 MWe de generación de directa de vapor, que utilizar un sistema de almacenamiento térmico acumulador de vapor. Se encuentra en Upington, Sudáfrica, y fue diseñada y construida por Abengoa. Comenzó la operación comercial a principios de 2016 y, antes de esto, se alcanzó un hito cuando se convirtió en la primera planta termosolar de torre en operar durante un período de 24 horas consecutivas en la historia de África. La torre tiene una de 205 m y utiliza 4.120 heliostatos de 140 m2 cada uno. Khi Solar One tiene una capacidad de almacenamiento de aproximadamente dos horas, para lo que utiliza 19 tanques acumuladores de vapor que permiten que el vapor saturado generado se almacene en los evaporadores, alimentando la turbina y generando electricidad incluso cuando no hay sol.

Además, Abengoa ha construido sistemas de almacenamiento en sales para PTC, con Solana Power Plant  como mayor referente mundial de almacenamiento indirecto sales (4400 MWht de capacidad de almacenamiento) y tiene en desarrollo nuevos proyectos comerciales con tecnología de torre de sal fundida.

En conclusión, podemos decir que la tecnología que Abengoa fue la primera en aplicar, ahora se usa en todo el mundo. La evolución y la transformación de las tecnologías termosolares en general continuarán dependiendo de su capacidad para generar energía renovable segura de manera gestionable, sostenible y económica. Mientras tanto, la compañía continuará buscando mejoras en el desarrollo de plantas solares en todo el mundo.

Cristina Prieto Ríos, directora de la división de almacenamiento térmico de Abengoa

Cristina Prieto Ríos, directora de la división de almacenamiento térmico de Abengoa

1 Comentarios

Excelente explicación. Gracias por enseñarme sobre esta tecnología. Saludos desde Argentina
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Pablo Alejandro Herrera
03/01/2018 22:03:21

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