TECNOLOGÍA SOLAR DE ALTA CONCENTRACIÓN

Responsable:  Jesús Fernández Reche
jesus.fernandez@psa.es

La actividad del Grupo de Alta Concentración Solar (GACS) se centra fundamentalmente en los sistemas de Receptor Central, pero incluye también actividades relacionadas con otros sistemas de foco puntual que permiten altos flujos solares como los Disco-Motor o los Hornos Solares. El despliegue comercial de plantas solares termoeléctricas de Receptor Central (STE-RC) se inició tímidamente en España, con la inauguración de PS10 (2007) y PS20 (2009) y se mantiene con la construcción de Gemasolar que, durante 2010, casi ha completado su construcción. A nivel internacional se observa, a finales de 2010, un renovado interés por las plantas de foco puntual, contabilizándose para  la tecnología de Receptor Central: 4 plantas en operación (incluidas las dos españolas), 11 en construcción (6 de ellas en EE.UU.) y 22 en fase de proyecto (19 de ellas en EE.UU y 1 en España).

Hasta la puesta en marcha de PS10, en plena explotación comercial desde marzo de 2007, la “curva de aprendizaje” de la solar termoeléctrica de Receptor central se basaba  en el  ensayo de más de 10 instalaciones experimentales de receptor central en el mundo, como sistemas completos, y una amplia variedad de componentes (helióstatos, receptores, dispositivos de almacenamiento).

La experiencia acumulada ha servido para demostrar la viabilidad técnica del concepto y su capacidad para operar con altos flujos de radiación incidente (típicamente entre 200 y 1.000 kW/m2), que permiten trabajar a altas temperaturas (entre 250ºC y 1100ºC) e integrarse en ciclos más eficientes de forma escalonada, pasando desde ciclos Rankine con vapor de agua saturado hasta su integración en ciclos Brayton con turbinas de gas. También han demostrado que admiten fácilmente el funcionamiento híbrido en una gran variedad de opciones y tienen el potencial de generar electricidad con altos factores de capacidad mediante el uso de almacenamiento térmico, pudiéndose plantear ya en la actualidad sistemas superando las 4.500 horas equivalentes al año. Las predicciones sobre valores de eficiencia del sistema, conversión de solar a electricidad, son del 20-23% en punto de diseño y del 15-17% anual.

A diferencia de la homogeneidad tecnológica que se observa en el actual despliegue de la tecnología de Captadores Cilindroparabólicos, las plantas de Receptor Central ofrecen por un lado mayores eficiencias totales de conversión (asociadas a la operación con mayor concentración solar y mayor temperatura) y por otro una mayor diversidad de opciones de diseño, con menor experiencia acumulada en la implementación de cada tipología o componente. No obstante, el elevado coste de inversión aún constituye un obstáculo hacia el pleno aprovechamiento de su potencial a nivel comercial. Las primeras aplicaciones comerciales que están iniciando su despliegue, todavía presentan costes por potencia instalada de 2.500-9.000€/kW (dependiendo del tamaño del almacenamiento) y costes estimados de la electricidad producida en el entorno de 0,16-0,20€/kWh. Una reducción del coste y de la percepción de riesgo asociado a la menor experiencia comercial de esta tecnología resulta, por lo tanto, esencial para la extensión del número de aplicaciones comerciales. En particular, la acumulación de experiencias y desarrollos han de contribuir a confirmar la fiabilidad, la durabilidad y la capacidad de reducción de costes de estas tecnologías STE-RC.

Este objetivo de reducir los costes de producción de electricidad está orientando los esfuerzos de I+D, por un lado a mejorar las opciones existentes y por otro a  demostrar la viabilidad de nuevas opciones de diseño, tales como: 1) la elección del fluido calo-portador y la temperatura de operación en receptor (optando entre agua-vapor, sales de nitrato o aire), 2) El tamaño óptimo de planta (optando entre campos de una sola torre y plantas multi-torre, que añaden modularidad en la construcción) asociado con soluciones de almacenamiento térmico y/o hibridación para hacerlas mas gestionables, 3) el compromiso de eficiencia/coste del campo concentrador (optando entre dos tendencias opuestas: helióstatos de mayor tamaño, en torno a 100 m2 y mas, con buena calidad óptica y menos coste específico de los dispositivos de seguimiento; o helióstatos pequeños, en torno a 10 m2 con mejor ocupación del terreno y posibilidad de actuarlos en grupos).

Conscientes de la diversidad de opciones en competencia, sin que se tengan criterios claramente determinantes de elección, el GACS, además de participar en los primeros proyectos de demostración comercial de TRC, mantiene con carácter permanente una línea de I+D centrada en el desarrollo tecnológico de componentes y sistemas con el fin de generar información que ayude a reducir las incertidumbres y analizar la viabilidad técnica de las diferentes opciones.