Centrales de Energa Trmico Solares

Centrales de Energa Trmico SolaresSylvana LpezObed Marroqun

OBJETIVOSDar a conocer las tecnologas trmicas solares.

Mostrar su uso alterno con otros tipos de fuentes de energa.

INTRODUCCINTecnologas solares a concentracinLas tecnologas termosolares a concentracin para la produccin de energa elctrica son alternativas que pueden integrarse dentro de los sistemas elctricos, de pases con condiciones adecuadas de recurso solar. La concentracin de la radiacin solar posibilita la utilizacin de la misma, como combustible en la produccin de electricidad y calor para procesos industriales.Lastecnologas deaprovechamiento de la radiacin solar para la conversin en energa elctrica utilizando una transformacinintermediaen energa trmica se clasifican en dos grandes grupos: las que concentran la radiacin solar a lo largo de una lnea y las que concentran la radiacin solar en un punto.

Dentro de las primeras existen dos tecnologas que la emplean:las de concentrador cilindro parablicoylas de espejos fresnel.

En las que concentran la radiacin solar en un punto, con ratios de concentracin mucho mayores y con la posibilidad de realizar el seguimiento a dos ejes, tambin hay dos tecnologas aplicables:las de torre central y las que utilizan motores Stirling.

En algunas de ellas es posible el almacenamiento de la energa trmica, para despus transformarla en energa elctrica en el momento ms favorable. En otras, es posible la hibridacin con combustibles fsiles o con biomasa. Todas estas posibilidades configuran al menos ocho posibilidades que han sido llevadas a la prctica:Centrales de concentrador cilindro-parablicoCentrales de concentrador cilindro-parablico conalmacenamiento trmicoutilizando sales inorgnicasCentrales de espejos fresnelCentrales de torre central con generacin directa de vaporCentrales de torre central con sales inorgnicas como fluido caloportadorCentrales de discos parablicos equipados conmotorStirlingCentrales de concentrador cilindroparablico hibridadas con biomasaCentrales de concentrador cilindroparablico hibridadas con centralesde ciclocombinadoCentrales de torre hibridadas conturbina de gas

Las tecnologas termosolares solamente hacen uso de la componente directa de la radiacin solar, lo que las obliga a tener dispositivos de seguimiento del sol. El principio de operacin de las tecnologas es similar, se basa en la concentracin de los rayos del sol por medio de espejos para lograr altas temperaturas y el objetivo es accionar turbinas acopladas a generadores elctricos para producir electricidad.TIPOS DE CENTRALES TERMOSOLARESTecnologa de canal parablico.Los componentes principales del campo solar de la tecnologa cilindro-parablica son:

El reflector cilindro-parablico:La misin del receptor cilindro parablico es reflejar y concentrar sobre el tubo absorbedor la radiacin solar directa que incide sobre la superficie. La superficie especular se consigue a travs de pelculas de plata o aluminio depositadas sobre un soporte de vidrio que le da la suficiente rigidez.El tubo absorbedor:El tubo absorbedor consta de dos tubos concntricos separados por una capa de vaco. El interior, por el que circula el fluido que se calienta es metlico y el exterior de cristal. El fluido de trabajo que circula por el tubo interior es diferente segn la tecnologa. Para bajas temperaturas (< 200 C) se suele utilizar agua desmineralizada con Etileno-Glicol mientras que para mayores temperaturas (200 C < T < 400 C) se utiliza aceite sinttico. Las ltimas tecnologas permiten la generacin directa de vapor sometiendo a alta presin a los tubos y la utilizacin de sales como fluido caloportante.El sistema de seguimiento del sol:El sistema seguidor ms comn consiste en un dispositivo que gira los reflectores cilindro-parablicos del colector alrededor de un eje.La estructura metlica:La misin de la estructura del colector es la de da rigidez al conjunto de elementos que lo componen.

El proceso productivo de una planta termosolar se sintetiza en los siguientes pasos:Los captadores solares, alineados en hileras de espejos cilindro-parablicos, giran sobre su eje para seguir la trayectoria del sol y optimizar la captacin de energa.La forma de los espejos concentra la irradiacin solar sobre tubos colectores situados en su lnea focal.Por efecto de la radiacin solar concentrada, el fluidoaceite sinttico- que circula por los tubos se calienta a temperaturas prximas a 400 C.El fluido cede su energa calorfica al agua que circula en el interior de un intercambiador y la transforma en vapor.Luego regresa a los colectores para calentarse de nuevo y reiniciar el proceso.El vapor a presin es utilizado para impulsar una turbina que, conectada a un generador, produce electricidad.En la subestacin se eleva el voltaje de la electricidad producida para su incorporacin ala red elctrica.El agua enforma de vaporse enfra en un condensador y vuelve a estado lquido, para reiniciar el proceso

La tecnologa de colectores cilindro-parablicos puede incorporar almacenamiento para poder producir electricidad en horas de oscuridad. De ellas, la ms extendida es el almacenamiento con sales. Esta tecnologa se basa en la utilizacin de dos tanques de sales para almacenar el calor.

Durante el ciclo de carga, las sales intercambian calor con el fluido procedente del campo solar y se almacenan en el tanque caliente.

Durante el ciclo de descarga, el sistema simplemente opera en sentido contrario al anteriormente expuesto, calentando el fluido caloportador que generar vapor para mover la turbina que producir finalmente la electricidad.

Tecnologa de Espejos Fresnel

Estas centrales destacan por la sencillez de su construccin y por su bajo coste.Los reflectores se construyen con espejos de vidrio planos y por lo tanto su materia prima es muy barata. La forma curvada de los espejos cilindro parablicos hace que sean un 15% ms eficientes que los espejos Fresnel, pero con el ahorro de costes en materiales, junto con la simplicidad del funcionamiento hacen que la reduccin de costes sea muy superior a la reduccin de rendimiento.

Tecnologa de receptor centralLas plantas de receptor central utilizan espejos planos llamados helistatos, los cuales concentran la radiacin solar sobre un receptor, donde por medio de un fluido (agua o sales fundidas), la energa trmica es colectada y enviada a la base de la torre para su utilizacin en el bloque de generacin de potencia, o directamente a un sistema de almacenamiento trmico, para despus utilizarse y producir electricidad. Las temperaturas que se pueden alcanzar con este proceso pueden ir desde los 500C hasta los 1,000 C.

Tecnologa de plato parablicoLos platos parablicos estn compuestos por un espejo o serie de espejos que conforman una superficie paraboloidal, capaz de concentrar la radiacin solar sobre un receptor. En el sitio del receptor tambin se encuentra una mquina trmica operando bajo un ciclo termodinmico Stirling, que mediante un generador produce electricidad. Los platos parablicos son estructuras semejantes a las antenas parablicas de comunicacin y son capaces de concentrar la radiacin solar hasta seis mil veces y alcanzar temperaturas de hasta 3,000C.

Caractersticas tcnicas actuales de las tecnologas termosolares a concentracin.

AplicacionesLa concentracin es un concepto muy antiguo, que consiste en aumentar el nivel de la radiacin disponible en la superficie de la tierra para extender las posibilidades de aplicacin de la energa solar y su objetivo es alcanzar temperaturas ms elevadas. Las tecnologas que actualmente tienen un alto potencial de aplicacin, tuvieron sus orgenes en diversas aplicaciones como el cocimiento de alimentos, el uso en hornos solares para experimentos con reacciones qumicas y hasta en la generacin de vapor para la produccin de energa mecnica y elctrica.HibridacinHibridacin con BiomasaEl equipo principal en el caso de hibridacin con biomasa es la caldera encargada de liberar la energa trmica contenida en el combustible mediante un proceso de combustin. Este proceso consiste bsicamente en la oxidacin completa de la biomasa por el oxgeno del aire al aplicar altas temperaturas (800 -1000 C). En esta reaccin se libera agua, gas carbnico, cenizas y calor. Este ltimo es utilizado para la produccin de vapor, que en una planta hibrida puede bien sumarse al vapor producido en el campo solar o bien alimentar directamente la turbina de vapor.

Hibridacin con Ciclo Combinado (ISCC)

Los combustibles fsiles presentan un gran nmero de inconvenientes, pero indudablemente tienen dos ventajas: se trata de una energa primaria aparentemente barata, con que se puede obtener energa elctrica a un precio excelente, y se puede variar la carga casi a voluntad para lograr acompasar la demanda y la generacin de forma exacta en cada momento.La energa de origen solar, tiene dos grandes inconvenientes: requieren una importante inversin que hace que el MWh generado sea muy caro, y adems se genera cuando se tienen las condiciones adecuadas, no cuando el sistema elctrico lo requiere. Incluso habra que indicar una tercera muy importante: las plantas arrancan y paran todos los das, lo que causa un gran estrs trmico a todos los equipos y circuitos, y este hecho es responsable de multitud de paradas, fallos y problemas que tienen las plantas.

Las centrales capaces de mezclar el vapor generado con la ayuda de un campo solar y el generado con la ayuda de una caldera de recuperacin de gases de escape de una turbina de gas se denominan centrales ISCC (Integrated Solar Combined Cycle).

La hibridacin resuelve al menos dos problemas importantes:El ciclo agua-vapor sufre mucho durante los arranques y paradas, debido a los cambios de temperatura y el estrs trmico provocado por estos cambios. Una central ISCC no necesita arrancar y parar todos los dasLa instalacin de la central solar se simplifica, ya que dispone de todos los servicios auxiliares (planta de tratamiento de agua, refrigeracin, planta de tratamiento de efluentes, aire comprimido, sistema contraincendios, etc). Por tanto, slo es necesario instalar un campo solar.

CONCLUSIONESEstas tecnologas termosolares se pueden adecuar para operar en forma hbrida, energa solar-combustible fsil o incluir un sistema de almacenamiento trmico. Con estas opciones se aumenta la disponibilidad de las tecnologas, permitindoles entregar energa elctrica durante mayor tiempo, aun en horas sin sol. En el presente, estas tres tecnologas apuntan su desarrollo hacia la generacin de potencia elctrica, no obstante, el avance tecnolgico que han alcanzado permite ampliar su aplicacin hacia otras ramas industriales como la generacin de calor de proceso, calefaccin, refrigeracin, desalinizacin de agua, entre otras.