La idea de añadir energía termosolar a las plantas de combustible fósil gana aceptación

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En este tipo de proyectos, se incorpora vapor generado por un campo termosolar a un ciclo combinado convencional de combustible fósil, bien para compensar parte del carbón o del gas natural o para aumentar el rendimiento general de la planta.

FUENTE – Ecoticias – 23/03/09

Durante los últimos meses, se han anunciado una serie de estudios/proyectos relacionados con ese tipo de tecnología híbrida.

 Recientemente, Florida Power & Light Company rompió moldes con su Martin Next Generation Solar Energy Center, calificado como la primera planta solar híbrida del mundo y la primera instalación solar a gran escala de Florida. En otro avance, el Electric Power Research Institute (EPRI) lidera dos proyectos para asistir a las empresas de energía eléctrica en la incorporación de energía solar a las plantas de combustibles fósiles.

 Actualmente, 27 estados en EE.UU han promulgado políticas RPS (estándar de agendas renovables). Algunas incluyen mandatos específicos  en el que se requiere que un porcentaje de los requisitos renovables sea cumplido mediante energía solar. Sin embargo, muchas aplicaciones solares actuales no ostentan costes competitivos en comparación con otras opciones de generación de energía.

 Según el EPRI, el uso de la energía solar para mejorar el rendimiento del carbón o el gas natural es potencialmente la opción menos costosa en lo que respecta a la incorporación solar a la generación, ya que utiliza activos de plantas ya existentes. Y debido a que la intensidad más alta de la energía solar se suele alcanzar durante unas pocas horas puntas durante las cargas de verano,  la opción de ciclo de vapor  con aumento solar se convierte en una elección renovable atractiva.

 El proyecto iniciado por el  EPRI proporcionará un estudio de diseño conceptual y dos detallados estudios de caso. Las opciones de diseño para retroalimentar las plantas ya existentes serán analizadas y se identificarán nuevas opciones de diseños de plantas. El estudio examinará el uso potencial de la tecnología termosolar en dos estaciones de combustión de carbón, en New Mexico y Carolina.

 En el caso de FPL, la instalación solar estará formada por aproximadamente 180.000 espejos sobre más de 200 hectáreas de terreno en la zona de la Planta Martin de FPL.

 Una característica importante de la instalación, que estará operativa en 2010, es la implementación de tecnología termosolar,  que, según se ha proyectado, disminuirá el uso de combustibles fósiles en más de 1.160 millones de metros cúbicos de gas natural y más de 600.000 barriles de petróleo. Proporcionará la energía suficiente para abastecer a cerca de 11.000 hogares. En 30 años, se prevé que la instalación solar evitará la emisión de más de 2,75 millones de toneladas de gases invernadero.

 Otra empresa norteamericana, Pacific Gas and Electric Company, firmó un acuerdo de compra con Martifer Renewables Electricity por 106 MW de energía en un contexto similar el año pasado. Martifer está combinando tecnología termosolar con biocombustibles para producir energía. El proyecto, que estará localizado en Central Valley, California, obtendrá el biofuel a partir de una combinación de deshechos agrícolas producidos localmente, deshechos verdes y estiércol.

 “Un centro de energía híbrido… es una fantástica manera de crear generación de energía renovable las 24 horas que rivalice con la fiabilidad proporcionada por fuentes de energía más convencionales,” comentó Hal LaFlash, Director de Políticas de Tecnologías Limpias Emergentes de Pacific Gas and Electric a CSPToday.

 En los mercados emergentes, AORA Solar, que se convirtió recientemente en la primera empresa de Israel en obtener una licencia para una planta termosolar, construye su primera estación solar híbrida en 0,2 hectáreas del Desierto de Negev en Israel.

 Generar electricidad las 24 horas

 Como los campos solares usan turbinas de vapor convencionales para la energía calorífica, se pueden integrar con facilidad  en plantas de ciclo combinado de  combustión de gas relativamente limpias. También es posible retroalimentar las plantas de vapor convencional con campos solares de cilindros parabólicos como generador de vapor solar adicional. 

La tecnología híbrida constituye un uso mejorado de las turbinas y, por lo tanto,  una operatividad óptima de todo el bloque enegético,  alcanzando de esta manera precios de energía favorables basados en un cálculo combinado. En comparación con la tecnología de almacenamiento de sales fundidas, el uso de calentadores auxiliares con combustibles fósiles puede proporcionar un tope a las fluctuaciones de la radiación solar más rentable.

 AORA ha usado una turbina de gas en su diseño híbrido que puede aguantar temperaturas muy altas y ahorrarse el combustible externo cuando la luz solar no puede producir el calor necesario.

 “Al integrar nuestro sistema con plantas de tratamiento de residuos que  generan el combustible para hacer funcionar nuestra turbina, podemos ocuparnos de ambos sistemas, suministro de energía y disposición de residuos. La estructura modular de nuestra planta proporciona la flexibilidad que permitirá su integración con cualquier instalación de tratamiento de residuos cualquiera que sea su tamaño.” comentó  a CSPToday.com Pinchas Doron, Jefe de la Oficina Tecnológica de AORA.

 La unidad de conversión de energía (PCU) del sistema de AORA comprende una microturbina de gas solarizada alimentada por un receptor avanzado especial de alta temperatura que puede calentar el aire para alcanzar los  requisitos de la turbina. La empresa ha arreglado este receptor patentado para ser integrado con una turbina de última generación.

 Ciclo combinado integrado

 Entre los participantes más reconocidos, se encuentra la empresa Abengoa Solar, que participa en lo que se describe como la primera planta solar  de ciclo combinado o planta ISCC del mundo, que está siendo construida en Argelia. La compañía suministrará el diseño y actuará como técnica del campo solar (en las plantas ISCCS, los campos de cilindros parabólicos se combinan con modernas plantas de ciclo combinado de combustión de gas).

 Debido a su madurez y a su historial de pruebas, la tecnología solar usada en plantas ISCC suele ser la de los sistemas de cilindros.  Un ISCC es muy similar a un ciclo combinado convencional. La diferencia principal es que el calor de un campo solar complementa el agotado calor usado para hacer funcionar una turbina de vapor.

 Según Abengoa, las plantas solares híbridas de ciclo combinado se apoyan en la atractiva configuración ofrecida por las plantas convencionales con ciclos combinados.

 Una planta convencional de ciclo combinado está formada por una turbina de gas, un recuperador de calor y una turbina de vapor. En el caso de las plantas solares ISCC híbridas, la energía solar se usa como auxiliar que aumenta el rendimiento del ciclo,  a la vez que reduce las emisiones.

 El funcionamiento de una planta solar híbrida de este tipo es similar al de una planta convencional . El combustible (preferiblemente gas natural) se quema normalmente en una cámara de combustión de una turbina de gas. El calor que proviene del campo solar se añade a los gases que se dirigen al recuperador de calor, resultando en un incremento de generación de vapor y, consecuentemente, un incremento de producción eléctrica en la turbina de vapor.

 A la hora de instalar plantas solares híbridas de ciclo combinado, Abengoa resalta algunos requisitos tales como:

 1) Topografía: la zona debe ser llana, preferiblemente con una pendiente inferior al 1%.

 2)  Irradiación: el aislamiento directo normal (DNI) debe ser tan alto como sea posible

 3) Disponibilidad de agua: se necesita agua para refrigerar el bloque energético

 4) Transmisión eléctrica: se requieren líneas eléctricas y  capacidad de transmisión para que la energía solar pase de la planta al consumidor

 Costes

 Por las estimaciones de SunsLab, formado tras la combinación de los departamentos CSP de dos laboratorios nacionales- Sandia National Laboratories en Albuquerque, New Mexico, y el National Renewable Energy Laboratory en Golden (Colorado), las tecnologías CSP ofrecen actualmente la electricidad solar al coste más bajo en la generación a gran escala (10 MW y más).

 Las tecnologías actuales alcanzan costes de entre 2 y 3 dólares por vatio. Esto significa de 9 a 12 centavos por kilovatio hora de energía solar . Los nuevos sistemas híbridos, que combinan grandes plantas de concentración solar con plantas convencionales de gas natural de ciclo combinado o de carbón, pueden reducir los costes a 1,5 dólares por vatio y llevar el coste de la energía solar por debajo de los 8 centavos por kilovatio hora.

 En general, este tipo de proyectos ejemplifican el potencial de estados como California a la hora de utilizar diversas fuentes de energía renovable para alcanzar las respectivas metas climáticas.

 Sin embargo, hay varios factores a tener en consideración. Por ejemplo, según LaFlash, el viento en California suele alcanzar su máximo rendimiento durante la noche, lo cual lo convierte en un buen complemento para las horas puntas solares. El reto consiste en integrar las dos mediante la búsqueda de áreas con buenos recursos eólicos y solares sin someter al equipamiento solar (especialmente los espejos) a excesivas cargas de viento. El otro asunto es idear un protocolo de acortamiento para los momentos en los que se produce sol y viento al mismo tiempo.

 Además, el campo solar no debería estar distante. En caso contrario,  la transferencia de calor a larga distancia sería costosa. Además, el apoyo de las instituciones reguladoras es vital. Incluso las plantas con el sol y el espacio adecuados no podrán salir adelante hasta que los gobiernos pongan un precio en firme sobre las emisiones de carbón.

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