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Complementos Solares Térmicos para Centrales Eléctricas

Un complemento solar térmico para centrales eléctricas es una subforma de centrales solares termoeléctricas que utiliza una combinación de energía solar térmica y combustibles fósiles. En esta combinación la parte solar reduce el consumo de combustibles fósiles y disminuye la potencia que tiene que preparar la caldera con combustibles fósiles.

Un complemento solar básicamente consta de un colector solar de concentración que produce agua caliente o vapor que será inyectado en el ciclo de agua / vapor de una central eléctrica (ciclo que ya existe).

Un informe del Banco Mundial determina que esta tecnología es apropiada para introducir colectores solares de concentración en el mercado, y ofrecer una buena eficiencia.

Este diseño también acaparó el interés de centrales eléctricas en Rhenania y Westfalia, estado del norte de Alemania. Además, los productores de componentes para centrales eléctricas piensan ahora en ofrecer complementos solares en regiones con una alta radiación solar como un producto estándar.

Solar Heat and Power Pty. Ltd instaló el primer complemento solar para una central eléctrica de combustibles fósiles a mediados de 2004. Los colectores tienen una potencia térmica de 1MW, y están conectados a un bloque de 500MW_el de una planta eléctrica de carbón cerca de Lidell, en New South Wales, Australia. En principio, los resultados del colector fresnel con 1MW_th fueron tan positivos, que el cliente Macquarie Generation, que es el mayor operador de centrales eléctricas en Australia,ha solicitado recientemente la extensión del complemento solar a 15 MW_th.

El personal de Sustainable Heat & Power Europe GmbH tiene vastos conocimientos y extensa experiencia en la industria de centrales eléctricas, y piensa que los complementos solares suponen el camino lógico para introducir energía solar en grandes dimensiones al mercado de los productores de electricidad. Los riesgos son pequeños para el operador y se ofrecen varios efectos de sinergia en una cooperación con fabricantes de centrales eléctricas. Además, esta combinación asegura un precio mínimo para la electricidad producida mediante energía solar.

Courtesy of Solar Heat and Power Pty. Ltd.

Áreas de Aplicación 

El diseño de complementos solares térmicos para centrales eléctricas apunta directamente al gran numero de centrales eléctricas de combustibles fósiles, que estarán en operación durante las próximas dos décadas. Imagine todas las plantas eléctricas en el sur de Europa y Arabia, que necesitan mejorar su eficiencia y estar preparadas para un mercado en el que tendrá lugar el comercio de emisiones. ¡Los complementos solares son una opción ideal para obtener más eficiencia en estas plantas!

Es posible adaptar complementos solares de varias formas a centrales eléctricas. Sobre todo, las diferencias en el diseño dependen de la cantidad de energía introducida en el ciclo de Rankine de la planta y el nivel de la temperatura y presión donde la energía solar se puede introducir.

El diseño más fácil y económico es la sustitución del precalentamiento del agua del proceso para que este vapor sea usado por la turbina de alta presión. Esta sustitución tiene dos efectos para la planta:
a) Las emisiones de CO₂ se disminuirán por el uso de energía solar
b) La potencia máxima de la planta se eleva.

Además, el vapor que se usa para el precalentamiento, ahora llega a la turbina de presión media y baja. Así sube la potencia máxima de la central eléctrica. El incremento de la potencia máxima, además, es muy valioso en regiones donde aumenta la demanda de electricidad, así es posible retardar grandes inversiones en una nueva planta.

Estamos seguros de que en los años venideros la energía solar asumirá retos más ambiciosos relacionados con el ciclo de Rankine de centrales eléctricas, no solamente el precalentamiento. La energía solar producirá vapor saturado para el nivel de presión medio y alto, y al final será posible producir vapor sobrecalentado a 585°C / 270bar, como el usado en centrales eléctricas modernas.

Producto / Sistema 

El diseño y la tecnología del campo de colectores dependen principalmente de qué nivel de presión y temperatura son necesarios para el proceso. Generalmente se puede decir que colectores de tipo Fresnel son la mejor solución para temperaturas bajas y medias, colectores parabólicos los mejores para temperaturas medias, y solamente los sistemas solares de torres alcanzan las temperaturas altas que requieren las centrales eléctricas modernas.

Con el objetivo de la industria eléctrica de bajar el riesgo a un mínimo, una instalación solar que completa el sistema de una central eléctrica no debe comprometer la operación de la parte existente de la planta. Hasta ahora solamente hay investigaciones sobre colectores del principio Fresnel, que muestran que una operación de precalentamiento funcionará sin problemas junto a una central eléctrica de combustibles fósiles.

Puesto que seguimos una estrategia de paso a paso, y porque miramos el enorme número de posibles complementos solares, nuestro producto principal es un colector del tipo Fresnel para el precalentamiento hasta una temperatura de 290°C. Debido que el colector tiene la capacidad de producir vapor saturado en este nivel de temperatura, también es posible aplicarla como generador de vapor en sistemas con un nivel de presión media de 70 bar.

Ventajas 

Hay varias ventajas para el operador. Con este sistema no solamente se reducen las emisiones de su planta y ahorra combustible, sino que también eleva la capacidad máxima de su instalación. El beneficio de un incremento de la potencia máxima se da más o menos al mediodía, coincidiendo con una alta demanda de electricidad y con el valor máximo de irradiación solar. Así, el operador no tiene que usar otros sistemas más caros para producir electricidad durante la carga máxima, como por ejemplo el agua de un depósito o petróleo.

Todas estas ventajas traen beneficios económicos, sin necesidad de introducir desventajas en la instalación existente. Para el precalentamiento solamente es necesario cambiar la instalación de la planta en unos pequeños puntos. La flexibilidad durante la operación, la eficiencia, la disponibilidad y la rentabilidad de la planta quedan como antes o van mejorando.

Mercado / Ayuda / Aspectos Económicos 

Los complementos solares térmicos para centrales eléctricas ofrecen, como mínimo, tres fuentes de ingreso:

• Generación de certificados para la reducción de emisiones de CO₂ o la posibilidad de vender certificados para la emisión de CO₂ que no son usados (sistema en la Unión Europea)
• Reducción de los costes por combustibles fósiles de plantas existentes
• Generación y venta de certificados verdes, en mercados donde existe un sistema de plazos para cumplir el porcentaje de energías renovables fijado por la administración.
• Incremento de ventas de la electricidad durante las horas de carga máxima
• Posibilidad de vender la electricidad como producto de alta calidad por la producción sin afectar el medio ambiente.

Desafortunadamente, en la mayoría de los casos hasta ahora, las ventajas económicas no superan las diferencias entre costes de combustibles fósiles e instalaciones para el uso de la energía solar. Por eso, sería necesario dar ayudas en forma de créditos de bajo interés o subsidios, similares al programa GEF del Banco Mundial para centrales eléctricas con el 100% de energía solar termoeléctrica, o una tarifa alta o prima para la parte de la electricidad de la planta que es producida por energía solar.

Hasta ahora, las primas para la electricidad desde fuentes renovables en los países del sur de Europa son solamente válidas para sistemas con 100% de energías renovables. Así, los sistemas solares de complemento están excluidos de la prima.

La posibilidad de introducir energía solar mediante sistemas suplementarios al mercado tradicional de la electricidad será la más efectiva, y necesitará menos ayuda que otras soluciones solares. Existe la necesidad de que los políticos reduzcan los obstáculos para los sistemas de complemento en comparación con sistemas 100% energías renovables.

Con el incremento de la demanda y el incremento de la producción de colectores solares, los precios de los equipos bajaran rápidamente. Así, solamente será necesaria ayuda especial para sistemas suplementarios durante un corto espacio de tiempo.

Nuestro Servicio 

Debido a que en cada caso la situación tiene que ser analizada individualmente, para ver si la aplicación de un sistema de suplemento es conveniente, ofrecemos varios servicios alrededor del diseño de complementos solares térmicos para centrales eléctricas.

Apoyado por una red de socios regionales e internacionales tenemos el conocimiento técnico y los recursos para ofrecer:

• Valoración de sitios y servicios para el desarrollo de proyectos
• Estudios de viabilidad y análisis del potencial de generación, incluyendo elaboración de un diseño técnico y análisis económico de complementos solares térmicos para centrales eléctricas
• Proyectos llave en mano para el campo de colectores

Si hemos despertado su interés, ofrecemos con gusto nuestros servicios para que Vds. puedan llevar a cabo sus ideas para la utilización de la energía solar termoeléctrica.

Ejemplo 

El ejemplo siguiente fue presentado durante el World Renewable Energy Congress en Aberdeen, en Mayo 2005. Es el resultado de la fase inicial de un estudio que Sustainable Heat & Power Europe GMBH, junto con Koch Portugal, ofreció al operador portugués EdP.

El objetivo del estudio es el análisis de las posibilidades técnicas y económicas para un complemento solar al sistema de precalentamiento. Como solución será aplicado un colector con tecnología tipo Fresnel.

La central eléctrica de Sines consiste en 4 bloques, con una potencia nominal de 314 MVA cada uno. La temperatura a la entrada del precalentamiento de alta presión y a la entrada del evaporador es de 228°C y 258°C, respectivamente. Eso es muy similar a las condiciones en Liddell / Australia. El límite para la capacidad del Colector es el área disponible entre las lindes de la planta. En Sines, el área tiene alrededor de 30.000m², que dará como resultado una capacidad térmica de 11,5 MW_th, aproximadamente. La capacidad térmica corresponde a una potencia eléctrica de unos 3,5 MW_el.

Los costes para el equipamiento están estimados a 3,3M€. Con los datos disponibles para la irradiación solar, la cantidad de electricidad producida será de 3 GWh_el. Esta cantidad corresponde a ahorros de aproximadamente 1.600 t/a CO₂.

Si se aplica la tarifa portuguesa para grandes sistemas fotovoltaicos (28ct/kWh), ¡la instalación se amortizará en solamente 4 años!. Por lo tanto, es una opción muy atractiva para un operador que necesita invertir en energías renovables por las obligaciones del protocolo de Kyoto. Por eso EdP apoya este proyecto.

Con mejores condiciones, como existen en el Norte de África o Arabia, los resultados del colector mejorarían en casi el doble. Así, los costes para la generación de electricidad serian también mucho más bajos para los sistemas complementarios en estas regiones. En un estudio preparado por el Instituto de Fraunhofer para Sistemas de Energía Solar y E.On, los costes de la electricidad para un sistema de precalentamiento usando un colector de tipo Fresnel, conectado a una central eléctrica de Egipto, resultan de un rango de 5-6 ct/kWh. Esto resulta aún más barato que la energía eólica en la mayoría de lugares.

Courtesy of Solar Power Group GmbH