El capex caería a la mitad si se instala 1 GW de CSP modular
El promotor de CSP 247Solar, que pronto completará su primer módulo a gran escala en Marruecos, predice que las ventajas de la construcción en serie podrían reducir los gastos de capital a 3000 $/kWe y anuncia grandes beneficios en el suministro de electricidad industrial.
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El mes pasado, 247Solar anunció la construcción de su primer módulo de la central CSP de demostración de ciclo Brayton en el parque solar de Ouarzazate, en Marruecos central.
Está previsto que la central entre en funcionamiento en el primer semestre de 2020 y contará con una potencia eléctrica de 400 kW y entre 10 y 13 horas de almacenamiento de energía térmica.
Con el apoyo de la Agencia Marroquí para la Energía Solar (MASEN), el proyecto supone un paso importante hacia el despliegue comercial de la tecnología de centrales modulares de 247Solar.
La central permitirá a 247Solar demostrar el rendimiento de un sistema totalmente integrado y producir datos de funcionamiento que suscitarán la confianza de los inversores en la tecnología, según dijo Bruce Anderson, director general de 247Solar, a New Energy Update.
El diseño de 247Solar presenta múltiples ventajas en términos de construcción modular y funcionamiento a altas temperaturas y el objetivo de la empresa es lograr unos gastos de capital (CAPEX, por sus siglas en inglés) de 5900 $/kWe en el primer sistema comercial de 10 MW.
247Solar tiene previsto aumentar el tamaño del módulo de 400 kWe a 5MW "en los próximos años" y llegar a la cifra de 1 GW de potencia instalada podría reducir los CAPEX a 3000 $/kWe, según aseguró Anderson.
"En especial teniendo en cuenta que nuestros componentes se producen a gran volumen en la India y en el sudeste asiático", dijo.
Costes medios teóricos a para la energía solar y eólica
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Fuente: Informe de la IRENA “Costes de generación de energías renovables en 2018” (mayo de 2019)
Varios grupos están desarrollando diseños modulares de CSP en la busca de optimizar la eficiencia de la fabricación y disminuir los riesgos en la construcción. El promotor australiano Vast Solar anunció recientemente su intención de construir una central CSP-PV de 50 MW en Nueva Gales del Sur y asegura que su diseño será competitivo respecto de las centrales de carbón y gas.
El tamaño menor de las centrales de diseño modular abre nuevas oportunidades en términos de ubicación, lo que incluye las aplicaciones de energía y calor industrial, según dijo anderson a New Energy Update.
"El mayor beneficio de la CSP con tamaños menores y modulares es disponer de un mercado mucho más amplio gracias a la posibilidad de construir proyectos de distribución cerca de su lugar de uso y del tomador", explicó.
Temperaturas altas
En un principio, las centrales comerciales de 247Solar constarían de estaciones modulares de torre CSP de 400 kW, cada una de las cuales generaría electricidad mediante una pequeña turbina de gas. La altura de los receptores sería de 35 metros, mucho menor que en los diseños de torres CSP tradicionales.
Los receptores calientan el aire a presión ambiental a una temperatura de entre 925 y 1000 °C, el cual se utiliza para accionar las turbinas. Las centrales de torre CSP actuales utilizan sales fundidas como medio de transferencia de calor (HTM, por sus siglas en inglés) y de almacenamiento, con lo cual las temperaturas del HTM deben limitarse a 565 °C a fin de evitar la corrosión y la descomposición.
Aumentar las temperaturas mejoraría la eficiencia de la conversión de calor en electricidad y almacenamiento térmico, en vista de lo cual se está desarrollando un gran número de sistemas de alta temperatura. En Estados Unidos, Brayton Energy, el Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL, por sus siglas en inglés) y los Laboratorios Sandia están compitiendo por una subvención de 25 millones de dólares del Departamento de Energía destinada a la construcción de un sistema de CSP con capacidad para temperaturas superiores a 700 °C. Por otro lado, el DLR de Alemania ha desarrollado un nuevo receptor de CSP de partículas cerámicas de altas temperaturas cuyo objetivo es lograr temperaturas de partículas de más de 1000 °C y pronto se someterá a prueba en los EE.UU.
Los sistemas de alta temperatura entrañan problemas para los materiales, por lo que el diseño de 247solar requerirá de protección cerámica en el receptor y un aislamiento de la vía de conducción a la turbina. Por las propiedades del aire, además ocupará un volumen mayor que los HTM tradicionales y por tanto precisará de conductos de gran volumen y ventiladores, cuyo consumo energético es elevado.
No obstante, el uso de aire como HTM ofrece beneficios notables, señaló Anderson.
"El aire es un HTM sin coste, no necesita intercambiadores de calor y el empleo de turbinas de gas en lugar de turbinas de vapor limita los requerimientos de agua a la limpieza de los helióstatos, pues ya no se precisa en la generación de energía", explicó.
El consumo de agua supone un problema para los promotores de CSP, particularmente en Oriente Próximo, un área de crecimiento clave para la CSP. El polvo y la humedad de la región entrañan problemas importantes de suciedad y, por tanto, la escasa disponibilidad del agua incrementa los costes del suministro.
Según Anderson, el sistema de 247Solar puede reducir el consumo de agua en un 95 % respecto de algunas centrales termosolares tradicionales.
Además, el diseño empleará medios de almacenamiento en seco, tales como gránulos cerámicos o ladrillos refractarios, los cuales se calcula que costarán menos que los materiales de sales fundidas de última generación utilizados en las últimas centrales de CSP, dijo.
Construcción más rápida
El tamaño menor de los módulos de 247Solar facilitará la producción en masa de componentes de tamaño reducido y un montaje más rápido in situ, explicó Anderson.
La ausencia de una base para los helióstatos y de cableado permite agilizar aún más la construcción, dijo.
El diseño modular se traduce en que los propietarios de los proyectos pueden empezar a obtener ingresos nada más poner en marcha el primer módulo, mientras los otros siguen en fase de construcción. Además, los equipos de construcción pueden transferirse al emplazamiento en serie.
El tamaño de las torres de Vast Solar es también menor que el de los diseños tradicionales de CSP y en ellas se emplea una estructura reticular de acero ligero. Las torres se montan en el suelo y a continuación se abaten hasta alcanzar la posición adecuada.
La torre modular y la estación solar pueden construirse en paralelo, al mismo tiempo que los bloques de potencia o de almacenamiento, con lo que el tiempo total de construcción se reduce a entre 18 y 24 meses, según dijo Craig Wood, director general de Vast Solar, a New Energy Update a principios de año.
Distribución rápida
Las pequeñas turbinas de gas utilizadas en el diseño de 247Solar son tan eficientes como las turbinas de vapor de CSP tradicionales y permiten dar una respuesta rápida a la fluctuación de la demanda, la tensión de la red eléctrica y la frecuencia, aseguró Anderson.
La puesta en marcha a plena potencia se puede lograr en menos de cinco minutos y la unidad puede funcionar con eficiencias de hasta el 50 %, dijo.
Las estaciones modulares consiguen que el fallo de una turbina particular tenga unas repercusiones mínimas en la producción total; además, su diseño incluye menos partes móviles que el de las centrales CSP tradicionales, con lo cual los costes de operación y mantenimiento (O&M) se reducen de forma notable, dijo Anderson.
"Esperamos que los costes de operación y mantenimiento se mantengan entre el 40 % y el 60 % de las centrales de CSP tradicionales", dijo.
Emplazamiento flexible
La reducción de tamaño en las centrales de CSP modulares facilita un uso eficiente del suelo y abre nuevas oportunidades de emplazamiento en terrenos de menor coste, como los de grandes pendientes y formas irregulares.
La disminución de la altura de la torre evita también los problemas medioambientales o de espacio aéreo a los que por lo general se enfrentan los diseños de altura mucho mayor.
Cabe destacar que esta tecnología puede situarse cerca de los clientes que demandan una energía distribuida, en particular de los consumidores de energía y calor industrial.
Varios promotores de CSP se están especializando en configuraciones de centrales de cogeneración a fin de aprovechar la demanda cada vez mayor de calor industrial procedente de fuentes renovables. El calor industrial representa dos tercios de la demanda de energía industrial y es responsable de la mayoría de las emisiones de CO2 de los distintos sectores.
Demanda global de calor industrial por nivel de temperatura
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Entre los segmentos industriales que pueden servirse de los sistemas de calefacción por CSP se incluyen los productos químicos, los plásticos, los alimentos y bebidas, la maquinaria, la minería, la industria papelera, textil y de tratamiento de superficies metálicas.
Para los clientes industriales de CSP-CSH, un sistema de 1 MWe de 247Solar puede generar 1,5 MWth de energía y las posibles aplicaciones incluyen la purificación de agua, la refrigeración por absorción y el secado de cultivos, explicó Anderson.
Por Kerry Chamberlain
Traducido por Vicente Abella Aranda