BASE DE PRUEBAS PARA LA ELABORACIÓN DE UNA NORMA BOLIVIANA PARA SISTEMAS TERMOSOLARES
TECNOLOGIAS TERMOSOLARES
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78 Boletín IIE abril-junio-2013 Breves técnicas Tecnologías termosolares a concentración para generación de electricidad Carlos Ramos Berumen [[email protected]] La energía solar es la fuente de energía más limpia, abundante y renovable de todas las que existen. Los principales desafíos a los que se enfrentan las tecno- logías que utilizan esa fuente de energía, como las termosolares a concentra- ción, es poder conseguir que la producción y distribución de energía eléctrica sea equiparable tanto en penetración, como en contribución y por supuesto en costos, a las fuentes de combustibles fósiles tradicionales. En la actualidad existen principalmente cuatro tecnologías para el desarrollo de la energía termosolar, según la manera que concentran la radiación directa del sol. Unos dispositivos llamados heliostatos (receptor central), espejos de geometría lineal o parabólica lineal (tipo Fresnel o canales parabólicos) o platos parabólicos, colectan la radiación solar y la concentran para calentar un determinado fluido de trabajo, que a su vez sirve para generar vapor en la mayoría de las tecnologías. El vapor se expande en una turbina convencional, para generar electricidad de igual manera que cualquier planta termoeléctrica convencional. En el caso particular de los platos parabólicos/motor Stirling, el fluido de trabajo es un gas y se genera electricidad directamente mediante el motor situado en el foco de la parábola. Estas cuatro tecnologías se pueden adecuar para operar en forma híbrida, energía solar-combustible fósil o incluir un sistema de almacenamiento térmico. Estas opciones aumentan las posibili- dades de disponibilidad de las tecnologías, permi- tiéndoles entregar energía eléctrica durante mayor tiempo, aun en horas sin sol. Las primeras plantas comerciales comenzaron a operar en California, Estados Unidos a mediados de la década de los ochenta, aunque dicho mercado se paralizó, como consecuencia de la reducción en los precios de los combustibles fósiles y la corres- pondiente suspensión de incentivos públicos. El resurgimiento se dio hasta mediados de la década del año 2000, que reinició con la construcción de plantas de tamaño comercial, principalmente en España y Estados Unidos, gracias al establecimiento de subsidios de los respectivos gobiernos. A finales de 2012, la potencia termosolar instalada en el mundo rondaba los 2,600 MW e , liderando España con cerca de 45 plantas, equivalente a 2,000 MW e , seguida por Estados Unidos con cerca de 570 MW e (la mayor parte instalada desde hace más de veinte años). También se encuentran en operación diferentes plantas en Marruecos, Argelia, Egipto, Emiratos Árabes, Italia, Australia, China e India. Además, existen poco más de 2,700 MW en construcción avanzada, siendo nuevamente España y Estados Unidos los países que destacan en este renglón. Por otro lado, existen poco más de 8,000 MW que se están gestando en planes y desa- rrollo en diferentes partes del Mundo. Un alto porcentaje (poco más del 90%) de las plantas utiliza la tecnología de canal parabólico, seguida por la de receptor central y muy marginal- mente la de Fresnel y plato parabólico. Aproxima- damente dos tercios de las plantas cuentan con un almacenamiento y el grueso de éstas con capacidad no más allá de 50 MW (limitación normativa mas
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Boletn IIEabril-junio-2013
Breves tcnicas
Tecnologas termosolares a concentracin para generacin de electricidad
Carlos Ramos Berumen[[email protected]]
La energa solar es la fuente de energa ms limpia, abundante y renovable de todas las que existen. Los principales desafos a los que se enfrentan las tecno-logas que utilizan esa fuente de energa, como las termosolares a concentra-cin, es poder conseguir que la produccin y distribucin de energa elctrica sea equiparable tanto en penetracin, como en contribucin y por supuesto en costos, a las fuentes de combustibles fsiles tradicionales.
En la actualidad existen principalmente cuatro tecnologas para el desarrollo de la energa termosolar, segn la manera que concentran la radiacin directa del sol. Unos dispositivos llamados heliostatos (receptor central), espejosde geometra lineal o parablica lineal (tipo Fresnel o canales parablicos) o platos parablicos, colectan la radiacin solar y la concentran para calentar un determinado fluido de trabajo, que a su vez sirve para generar vapor en la mayora de las tecnologas. El vapor se expande en una turbina convencional, para generar electricidad de igual manera que cualquier planta termoelctrica convencional. En el caso particular de los platos parablicos/motor Stirling, el fluido de trabajo es un gas y se genera electricidad directamente mediante el motor situado en el foco de la parbola. Estas cuatro tecnologas se pueden adecuar para operar en forma hbrida, energa solar-combustible fsil o incluir un sistema de almacenamiento trmico. Estas opciones aumentan las posibili-
dades de disponibilidad de las tecnologas, permi-tindoles entregar energa elctrica durante mayor tiempo, aun en horas sin sol.
Las primeras plantas comerciales comenzaron a operar en California, EstadosUnidos amediadosde la dcada de los ochenta, aunque dicho mercado se paraliz, como consecuencia de la reduccin en los precios de los combustibles fsiles y la corres-pondiente suspensin de incentivos pblicos. El resurgimiento se dio hasta mediados de la dcada del ao 2000, que reinici con la construccin de plantas de tamao comercial, principalmente en EspaayEstadosUnidos,graciasalestablecimientode subsidios de los respectivos gobiernos.
Afinalesde2012,lapotenciatermosolarinstaladaen elmundo rondaba los 2,600MWe, liderando Espaa con cerca de 45 plantas, equivalente a 2,000MWe,seguidaporEstadosUnidosconcercade570MWe (la mayor parte instalada desde hace ms de veinte aos). Tambin se encuentran en operacin diferentes plantas en Marruecos, Argelia, Egipto, Emiratos rabes, Italia, Australia, Chinae India.Adems,existenpocomsde2,700MWen construccin avanzada, siendo nuevamente Espaa y Estados Unidos los pases que destacanen este rengln. Por otro lado, existen poco ms de 8,000MWqueseestngestandoenplanesydesa-rrollo en diferentes partes del Mundo.
Un alto porcentaje (poco ms del 90%) de lasplantas utiliza la tecnologa de canal parablico, seguida por la de receptor central y muy marginal-mente la de Fresnel y plato parablico. Aproxima-damente dos tercios de las plantas cuentan con un almacenamiento y el grueso de stas con capacidad nomsallde50MW(limitacinnormativamas
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no tcnica), no obstante, las plantas de receptor central estaran por encima de los 100 MW. Lacobertura de la demanda todava no es significa-tiva, en comparacin con el resto de tecnologas que componen el parque energtico de los dife-rentes pases, aunque su peso se ha visto incremen-tado notablemente entre 2010 y 2012 (Espaa alcanz en 2011 valores cercanos al 1.5%).
Las oportunidades de innovacin en las diferentes tecnologas termosolares a concentracin son muy importantes, ya que a pesar de que se trata de tecnologas existentes desde los aos ochenta, es a partir de 2006 cuando se ha producido el despegue, principalmente en Espaa y Estados Unidos. Eneste sentido, es fundamental establecer incentivos econmicos que faciliten la I&D&I, aseguren el avance de la tecnologa y eviten que los proyectos futuros sean una repeticin de las plantas actuales.
El esfuerzo que realizan las empresas involucradas paradesarrollarsolucionesinnovadorasessignifica-tivo, sin embargo, el camino por recorrer es todava franco. Los estudios efectuados por los diferentes promotores han mostrado que para acelerar el proceso de implantacin de la tecnologas es reco-mendable enfatizar en:
Mayor desarrollo tecnolgico en torno al campo solar (de todas las tecnologas, helis-tatos, canales y platos parablicos, as como colectores tipo Fresnel).
Renovacin en los procesos de diseo de las centrales (soluciones tecnolgicas especficaspara cada planta).
Evolucin de los procesos de manufactura de equipos.
Nuevos conceptos de plantas, evolucionando del tamao actual a mayores potencias, configuradas con grandes sistemas de almacenamiento ohibridacin con gas natural, a travs de plantas de ciclo combinado o de cogeneracin.
Las mejoras esperadas estn contempladas en cada uno de los puntos ante-riores, siendo de influencia en mayor o menor grado, dependiendo de cada una de las tecnologas. Para el caso de las plantas de canal parablico, las mejoras estaran involucradas con la generacin directa de vapor, incremen-tandolaeficienciaglobalylaconsideracindematerialesconcambiodefasepara almacenamiento trmico.
En las plantas de receptor central se esperan diseos innovadores en campos de helistatos compartiendo varias torres/receptores, propuestas de diseo de una gran variedad de receptores, diferentes fluidos de transferencia de calor y sistemas de almacenamiento.
La tecnologa de plato parablico apunta hacia la reduccin de costos mediante la produccin masiva y proyectos demostrativos con fiabilidad de mayoralcance,consolidandosusventajasentrminosdeeficienciaylautilizacindeagua de enfriamiento.
Finalmente, los desarrolladores de la naciente tecnologa de colectores tipo Fresnel (aunque de forma natural se puede generar vapor directo gracias al receptorfijo)estncontemplandomuchasdelasmejorasinherentesalatecno-loga de canal parablico.
Adems de la produccin de electricidad, otras posibles aplicaciones de las tecnologas termosolares incluyen la produccin de calor de proceso industrial, la desalacin de agua y la produccin de combustibles solares como hidr-geno y otros vectores energticos.
