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¿Qué es una central termosolar de concentrador cilindro parabólico?
Las
tecnologías de aprovechamiento de la radiación solar para la
conversión en energía eléctrica
utilizando una transformación intermedia en energía térmica se
clasifican en dos grandes grupos: las que concentran la radiación solar
a lo largo de una línea o las que concentran la radiación solar en un
punto. Dentro de las primeras existen dos tecnologías que la emplean:
las de concentrador cilindro parabólico y las de espejos fresnel. En
las que concentran la radiación solar en un punto, con ratios de
concentración mucho mayores y con la posibilidad de realizar el
seguimiento a dos ejes, también hay dos tecnologías aplicables: las de
torre central y las que utilizan motores Stirling.
Las centrales cuya tecnología se considera más madura en estos
momentos, y que supone más del 95% de la potencia de generación
termosolar instalada en España, es la tecnología CCP. Básicamente
consiste en la concentración de la radiación solar a lo largo de
una linea recta con una longitud que oscila entre los 600 y los
800 metros. El fluido caloportador, esto es, el fluido que transportará
la energía que es captada en los concentradores cilindro parabólicos,
entra por uno de los extremos a una temperatura y con una velocidad
determinados, y sale por el otro extremo a una temperatura superior.
El fluido utilizado puede ser agua, pero actualmente no se han superado
los problemas derivados de la vaporización que se produciría en un
punto intermedio del recorrido. Por esta razón se prefiere el uso de
otros fluidos que no cambian de estado entre un extremo y otro de la
linea recta en la que se concentra la radiación solar. De todos los
fluidos posibles, los fluidos orgánicos sintéticos son los que mayores
ventajas presentan, y entre ellos destaca la mezcla eutéctica de oxido
de difenilo al 26,5% en peso y bifenilo al 73,5%. Esta mezcla presenta
el mejor compromiso entre coste y prestaciones, aunque como se verá más
adelante, presenta grandes dificultades en su manejo que condicionan
enormemente los resultados de explotación de las plantas. A este fluido
se le denomina habitualmente HTF (Heat Transfer Fluid).
Por este compromiso entre economía y técnica las centrales termosolares
CCP construidas hasta el momento actual utilizan esta mezcla de
hidrocarburos aromáticos sintéticos, cuyas prestaciones y
comportamiento es necesario conocer y dominar si se quiere diseñar,
construir, operar y/o mantener plantas termosolares CCP.
El HTF trabaja entre unos 290 ºC a la entrada de la línea en la que se
concentra la radiación y los 390 a la salida. A mayor temperatura de
salida, mayor rendimiento global de la planta, pero las características
químicas del fluido no hacen posible utilizarlo por encima de los
400ºC, pues las reacciones de degradación aumentan exponencialmente de
velocidad, originándose hidrocarburos volátiles y pesados que modifican
el comportamiento de la planta y que plantean incluso problemas de
seguridad. Por ello las centrales CCP tienen limitada la temperatura
máxima de trabajo del fluido orgánico a unos 400 ºC. Además, requieren
de sistemas que eliminen los productos originados en la degradación,
normalmente utilizando filtraciones y destilaciones sucesivas.
El lugar donde se realiza la captación de radiación y su posterior transferencia en forma de calor al HTF se denomina campo solar
y es una basta extensión de terreno de aproximadamente 2 hectáreas por
MW eléctrico instalado. Así, una planta de 49,9 MW, la máxima posible
de acuerdo con la actual legislación española que limita a 50 MW la
generación en régimen especial con derecho a percepción de una prima
por cada MWh exportado a la red eléctrica, ocupa unas 100 hectáreas.
El calor absorbido por el HTF a continuación es transferido a un
circuito de agua para generar vapor. Esta agua, que anteriormente ha
sido presurizado en una bomba centrífuga multietapa hasta presiones
comprendidas entre los 50 y los 100 bar de presión, se vaporiza y se
sobrecalienta hasta aproximadamente 380 ºC enfriándose el HTF hasta los
290 ºC, A esa temperatura el fluido caloportador se devuelva al campo
solar para que continúe transportando la energía captada en el campo
solar. Los equipos responsables del intercambio de calor entre el HTF y
el ciclo agua-vapor son intercambiadores
del tipo carcasa-tubo de gran tamaño y cierto grado de complejidad. En
ellos se realiza la transferencia de calor entre los dos fluidos de
forma especializada: el tren de generación de vapor incluye equipos
diseñados para calentar agua, para producir vapor y para sobrecalentar
ese vapor. Con los conocimientos actuales no es posible construir un
equipo que realice con eficiencia y sin problemas técnicos esas tres
funciones, razón por la que el tren de generación tiene equipos
especializados para cada una de estos procesos.
El vapor generado es entonces conducido hasta la turbina de vapor,
donde se producirá una nueva transformación energética. La energía
contenida en el vapor en forma de presión (energía potencial) se
transforma de forma escalonada en energía mecánica rotativa, con un
excelente rendimiento teniendo en cuenta la baja temperatura del vapor
(380ºC). El rendimiento de esta transformación oscila entre el 27%
y el 40%, dependiendo de la carga a la que esté la planta (mayor
rendimiento a mayor carga) alcanzando su máximo valor cuando la central
está al 100% de potencia.
El vapor a la salida de la turbina es vapor «muerto», sin
capacidad para realizar trabajo mecánico. Su temperatura es inferior a
50ºC y su presión ronda los 0,05 a 0,08 bar(a), es decir, una presión
inferior a la presión atmosférica. Para aprovechar ese caudal de agua
desmineralizada, unos 54 Kg/s cuando la planta está a plena carga, es
necesario condensarla y volver a tenerla en forma líquida. De esta
forma se consiguen tres objetivos:
- Se aprovecha el agua a la salida de la turbina para reutilizarlo nuevamente.
- Se
genera en el condensador una presión inferior a la atmosférica,
imposible de conseguir si el vapor se tirara a la atmósfera. Con ello
el salto de presión entre la entrada y la salida de la turbina es mayor
y por tanto también lo es la potencia generada y el rendimiento de la
planta.
- Se
puede presurizar el fluido de forma económica antes de introducirlo en
la caldera. Presurizar un líquido siempre es más barato que presurizar
vapor, por la incompresibilidad de los líquidos. Así, si se intentara
comprimir vapor hasta los 100 bares se consumiría más energía de la que
generaría su posterior expansión. Comprimir agua resulta
energéticamente más favorable.
Para condensarlo es necesario introducir un nuevo fluido en el sistema,
al que el vapor pueda cederle el calor latente de vaporización. Hay que
recordar que los procesos de evaporación o de condensación requieren al
aporte o la sustracción de grandes cantidades de calor (unas 2418 KJ
por cada Kg de vapor que llega al condensador a esa
temperatura). Existen dos posibilidades: utilizar agua como fluido frío al que se transferirá el calor que debe sustraérsela al vapor para que condense, o utilizar aire.
En el primer caso el agua fría se obtiene habitualmente de una torre
evaporativa. El agua enfriada en la torre se conduce hasta el
condensador, que no es más que un intercambiador carcasa-tubos. En el
condensador el agua de refrigeración captará el calor de condensación y
lo transferirá posteriormente al ambiente con la ayuda de la torre. La
torre disipa calor evaporando parte del agua, por lo que es necesario
reponer tanto el agua evaporada como el agua purgada de la torre para
mantener la concentración de sales dentro de unos límites seguros. El
consumo de agua ronda los 400.000-500.000 m3/año.
En lugares en los que hay escasez de agua no puede emplearse este sistema, se recurre entonces a grandes aerocondensadores,
en los cuales se transfiere el calor de condensación directamente al
aire ambiental. Es una forma menos eficiente y más cara de condensar, y
por tanto solo se emplea si no hay otras alternativas.
La energía mecánica rotativa requiere ahora una última transformación
en energía eléctrica. Esta transformación se realiza en el generador,
que es un equipo eficiente y maduro. La energía eléctrica generada se
transporta a la red eléctrica mediante las líneas de transporte. Estas
líneas pueden ser aéreas o enterradas y requieren de una serie de una serie de equipos que facilitan la conexión:
- Transformadores, que igualan las tensión eléctrica entre la generada en la planta y la de la línea a la que se conecta
- Aparamenta de maniobra, que permite la conexión y desconexión
- Protección
eléctricas, para garantizar que generador y red eléctrica se encuentran
en las condiciones adecuadas para estar interconectadas sin causarse
daños
- Red de tierras, a la que se transferirán las corrientes de defecto
- Equipos
de medida, que informan a las protecciones eléctricas de los valores de
tensión e intensidad, y a las que se conectan también los equipos de
facturación que miden la energía que entra y sale de la
planta.
Contenidos Octubre 2011
TERMOSOLAR
EÓLICA
NOTICIAS
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RENOVETEC presenta 3 nuevos programas formativos on line dirigidos a
profesionales de centrales termosolares.
RENOVETEC ha presentado tres nuevos programas formativos on line dirigidos a
la formación de profesionales e ingenieros que trabajan o desean trabajar en
centrales termosolares. Los tres programas, de carácter técnico, están dirigidos
a la incorporación del alumno a la vida profesional activa en puestos de
responsabilidad:
- Programa formativo DIRECTOR DE OBRA EN CENTRALES TERMOSOLARES
- Programa formativo DIRECTOR DE PLANTA DE CENTRALES TERMOSOLARES
- Programa formativo INGENIERO EXPERTO EN CENTRALES TERMOSOLARES
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