Energía termososolar de concentración. CCP y torre central.
La energía termosolar de concentración utiliza
el proceso de conversión de la energía térmica, captada de la radiación directa
del sol (DNI), en energía mecánica a través de un ciclo termodinámico. Posteriormente
se realiza la conversión de energía mecánica en eléctrica a través de un grupo
turbina-generador. Existen diferentes tipos de centrales termosolares,
diferenciando éstas en grupos según:
Concentración en una línea (tecnología fresnel, concentrador cilindro parabólico)
Plantas híbridas. (Hibridaciones con otras fuentes de energía: biomasa, ciclo combinado…)
Entre todos estos
tipos de centrales, las más competitivas actualmente para la producción de
energía eléctrica son las centrales de torre central (concentración puntual) y
las de cilindro parabólico (concentración lineal). A continuación, realizaremos
una breve descripción de las técnicas de conversión de ambas tecnologías.
En este
tipo de centrales, el ciclo termodinámico es bastante similar, ya que hace uso de los mismos elementos y
propiedades físico-químicas para la producción de vapor y su conversión en
energía eléctrica a través de un grupo turbina-generador.
Este
tipo de plantas se componen de lazos o hileras de espejos parabólicos que
concentran la radiación solar a lo largo de un tubo colector central por el que
circula un aceite térmico HTF. El proceso consiste en aumentar la temperatura
del fluido hasta alcanzar una temperatura de operación de 350-400°C (depende del fluido térmico). El fluido, a la
temperatura óptima de operación, se introducirá en un intercambiador de calor,
el cual cederá calor al circuito agua-vapor que alimentará el ciclo
termodinámico de la turbina de vapor. Ésta, tras el paso del vapor por los
álabes de la turbina, hará girar el tren de generación, donde están acoplados
turbina y generador, produciéndose por tanto la transformación de la energía
mecánica en eléctrica.
En
este tipo de centrales, tradicionalmente se está optando por aprovechar la
energía térmica generada en tanques de sales, para fundirlas y poder almacenar
energía térmica para hacer uso de ésta durante la noche, aumentando el factor
de capacidad de la central y obteniendo un número de horas equivalentes de
funcionamiento que hacen a esta tecnología ser competitiva frente a la energía
fotovoltaica, su principal adversaria.
El
resto de circuitos y elementos de la central son los propios de una central
térmica, circuito de refrigeración, bombas, válvulas… y no forman parte de la
innovación tecnológica de estas centrales, por tratarse de tecnología madura y
ampliamente utilizada en multitud de procesos. Por lo tanto esta tecnología
tiene un alto nivel de madurez. Como curiosidad, en 1913, el ingeniero-inventor
estadounidense Frank
Shuman construyó en Maadi, Egipto, la que se puede considerar la
primera planta de concentración CCP. Con el inicio de la primera guerra
mundial, esta planta energética fue desmantelada y utilizada para la
elaboración de armas. Una vez terminada la guerra, la central nunca fue
reconstruida debido al auge del petróleo.
La
principal diferencia frente a las centrales CCP es el método de captación de
energía solar. Las centrales de torre hacen uso de heliostatos (espejos planos)
para concentrar la radiación solar en un punto focal situado en lo alto de una
torre situada en el campo solar. Es en esta torre donde se impulsa el fluido
frio para que se caliente con la radiación solar incidente. En esta tecnología
se alcanzan temperaturas de operación de centenares de grados más altos que en
CCP.
En
este tipo de centrales también se puede hacer uso de almacenamiento para
mejorar la autonomía durante la noche, en este caso el fluido caloportador que
absorbe la radiación solar en la torre es una mezcla de sales que pueden
alcanzar temperaturas de 550°C. Estas
sales fluirán por el circuito hasta los intercambiadores donde se realizará el
intercambio térmico para vaporizar el agua que se utilizará en la turbina de
vapor. Además, parte del circuito de sales se destinará a calentar uno o varios
tanques de sales para almacenar energía térmica, tal y como se realiza en CCP. En
el caso de no existir almacenamiento por sales fundidas, el circuito de
captación de calor en la torre será directamente un circuito agua-vapor y se podrá
disponer de tanques de almacenamiento de vapor para mejorar el rendimiento. El
receptor central puede alcanzar muy altas temperaturas, de hasta 900-1100°C.
iJT
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