viernes, 2 de mayo de 2008

Central térmica solar


Una central térmica solar o central termosolar es una instalación industrial en la que, a partir del calentamiento de un fluido mediante radiación solar y su uso en un ciclo termodinámico convencional, se produce la potencia necesaria para mover un alternador para generación de energía eléctrica como en una central térmica clásica.

Constructivamente, es necesario concentrar la radiación solar para que se puedan alcanzar temperaturas elevadas, de 300 º C hasta 1000 º C, y obtener así un rendimiento aceptable en el ciclo termodinámico, que no se podría obtener con temperaturas más bajas. La captación y concentración de los rayos solares se hacen por medio de espejos con orientación automática que apuntan a una torre central donde se calienta el fluido, o con mecanismos más pequeños de geometría parabólica. El conjunto de la superficie reflectante y su dispositivo de orientación se denomina heliostato.

Los fluidos y ciclos termodinámicos escogidos en las configuraciones experimentales que se han ensayado, así como los motores que implican, son variados, y van desde el ciclo Rankine (centrales nucleares, térmicas de carbón) hasta el ciclo Brayton (centrales de gas natural) pasando por muchas otras variedades como el motor de Stirling, siendo las más utilizadas las que combinan la energía termosolar con el gas natural.

Evolución

En los años 1980 se construyeron varias centrales termoeléctricas solares con dos conceptos distintos, las centrales de torre y las de cilindros parabólicos.


Las centrales de torre

Una central de torre —también conocida como sistema de receptor central— está compuesta por un sistema concentrador o campo de heliostatos, que capta y concentra la componente directa de la radiación solar sobre un receptor —donde se produce la conversión de la energía radiante en energía térmica— que suele instalarse en la parte superior de una torre. El fluido de trabajo puede ser, entre otros, aire, vapor de agua, sodio fundido o sales fundidas, según la tecnología escogida. En las de vapor de agua, este mueve directamente una turbina. En los otros, el fluido transporta el calor a un generador de vapor de agua, con el que se hace funcionar una turbina que mueve al generador eléctrico.

Durante finales de los años 1970 y principios de los años 1980 se construyeron varias centrales eléctricas termosolares en distintos lugares del planeta y con diversas variantes tecnológicas, con objeto de demostrar la viabilidad de la generación de energía eléctrica a partir de la energía solar mediante la conversión térmica. Entre estas plantas de demostración pueden mencionarse las siguientes:


Eurelios Vista aérea

Situada en Adrano, Sicilia (1981). El receptor era de vapor de agua, y la potencia prevista de 1 MW eléctrico con 6.200 m2 de heliostatos. Sólo llegó a producir 750 kWe. Fue la primera central de torre en funcionamiento.


SSPS/CRS Vista aérea

Situada cerca de Tabernas, en Almería, España (1981). El receptor era de sodio fundido que alcanzaba temperaturas de 520 ºC y generaba 0,5 MW eléctricos con 3700 m2 de heliostatos. Tenía 90 heliostatos. El sodio fundido se empleaba para generar vapor de agua que a su vez movía un motor Spilling acoplado a un generador eléctrico.


Sunshine

Situada en Nio, Japón (1981). Receptor de vapor de agua. Generaba 1 MW eléctrico con 12.900 m2 de heliostatos. Funcionó durante tres años, demostrando la viabilidad tecnológica del proyecto, pero se consideró económicamente no viable en EEUU


Themis Vista Aérea

Central solar Thémis: situada en Targasonne, Francia (1982). Receptor de sales fundidas, y generaba 2,5 MW eléctricos con 11.800 m2 de heliostatos.


CESA 1 Vista aérea

Situada cerca de Tabernas, en Almería, España (1983). Receptor de vapor de agua (a 520 ºC y 10 bar de presión, y generaba 1,2 MW eléctricos con 11.900 m2 de espejo en 300 heliostatos. Disponía de un sistema de almacenamiento térmico de sales fundidas. El vapor alimentaba directamente una turbina, o se enviaba para calentar las sales fundidas. CESA es acrónimo de Central Electro Solar de Almería (CESA-1).


SPP5

Situada en Shchelkino, Ukraine, en la costa de la península de Crimea (1985). Receptor de vapor de agua y generaba 5 MW eléctricos con 40.000 m2 de heliostatos


Solar Two Vista aérea

Situada en Barstow, California, USA (1996-1999). Utilizó parte de la infraestructura de Solar One (Torre, heliostatos, etc.). Receptor de sales fundidas, generaba 10 MW eléctricos con 71.500 m2 de heliostatos.

El año 2002, ninguna de estas centrales seguía en funcionamiento.


Las centrales de cilindros parabólicos Vista Aérea

La diferencia con las anteriores está en el modo de recolectar la energía del Sol. En lugar de heliostatos, se emplean espejos de forma cilindro parabólica. Por el foco de la parábola pasa una tubería que recibe los rayos concentrados del Sol, donde se calienta el fluido, normalmente un aceite térmico. Una vez calentado el fluido, el proceso es el mismo que el de las centrales de torre. Actualmente el fluido alcanza temperaturas próximas a 400º C.

En el desierto del Mojave, California, hay 9 centrales SEGS (Solar Electric Generating Station), que forman la mayor instalación solar del planeta. Las hay entre 14 MWe y 80 MWe, y su capacidad total es de 354 MWe. Son centrales híbridas, esto es, que producen electricidad a partir de las energía solar y de combustible fósil. La producción a partir de combustible fósil no puede sobrepasar un determinado porcentaje de la producción total para así tener derecho a subvenciones.
SEGS I y II se encuentran en Dagget.
SEGS III a VII están en Kramer Junction.
SEGS VIII y IX están en Harper Lake.
Estaba previsto construir tres más, SEGS X, XI y XII, pero el proyecto se suspendió.
Alguna está en funcionamiento desde 1985, y la última (SEGS IX) empezó a producir en 1991. La compañía que gestionó estas centrales quebró, pero la que la sustituyó continuó la producción

La actualidad
Centrales de torre

La central PS10, construida por Abengoa en colaboración con el CIEMAT en Sanlúcar la Mayor (Sevilla), está conectada a la red eléctrica y produciendo desde el 28 de febrero de 2007. Fue inaugurada oficialmente por el presidente de la junta de Andalucía, Manuel Chaves, el 30 de marzo de 2007. Se prevé una vida operativa de al menos 25 años; es la primera central de explotación comercial de su tipo. El receptor es de vapor saturado, la potencia es de 11 MWe (624 helióstatos y torre de 114 metros de altura) y se espera una producción anual de 24,2 GWh.

Se ha iniciado la ejecución de la PS20 (con 1255 helióstatos y torre de 150 metros y receptor de vapor sobrecalentado) con una potencia de 20 MWe, situada al oeste de la PS10, y están en distintas fases de ingeniería otras plantas, tanto de torre (como PS10 y PS20), cilindro parabólicos y mixtas, hasta un total de 305 MWe.

Centrales de cilindros parabólicos

Cerca de Guadix, en los Llanos de Calahorra, se están instalando las centrales Andasol I y Andasol II por Milenio Solar y Cobra (filial de ACS), de 50 MW [2] cada una.

En la plataforma solar de Sanlúcar la Mayor (Sevilla), cerca de las centrales de torre y campo de helióstatos PS10 y PS20, estan en construcción (obras iniciadas en 2007) las centrales de colectores cilindro parabolicos Solnova 1 y Solnova 3 de 50 MWe cada una.

En Boulder City, cerca de Las Vegas, Nevada, está prevista una de 64 MW.

Las torres solares

Una torre solar consiste en una chimenea muy alta y una gran superficie acristalada en su base. El Sol calienta el aire de la superficie acristalada, y este aire sale a gran velocidad por la chimenea. En el interior de la misma están situados una serie de generadores eléctricos similares a los de los aerogeneradores, que producen electricidad limpia y sin consumo de agua.

La superficie acristalada puede usarse parcialmente como invernadero. La instalación de acumuladores de calor en la misma permite la generación nocturna de electricidad.

En los años 80 una de estas torres solares funcionó de forma intermitente durante siete años en Manzanares, Ciudad Real. Llegó a producir 50kW. La superficie acristalada tenía un diámetro de 240 m y una superficie de 46,000 m2. La chimenea o torre tenía 10 m de diámetro y 195 m de alto.

Hoy se está estudiando la instalación de una central similar en Fuente del Fresno, en Ciudad Real, con chimenea de 750 m y superficie colectora de 350 Ha de las que 250 son utilizables como invernadero, y que generaría 40 MWe

En Australia se está estudiando también la instalación de una de estas torres de 1.000 m de altura, campo colector de 5 km de diámetro y que generaría 200 MW