Pionero chino de CSP beam-down predice un 30% menos de costes
El promotor de la primera central comercial del mundo de CSP tipo beam-down predice un aumento por cuatriplicado de la eficiencia térmica en una importante central de 200 MW.
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Al paso que los promotores de CSP buscan nuevas formas de reducir los costes, en China una nueva central de torre de haz tipo beam-down de 50 MW servirá para obtener información valiosa sobre esta emergente tecnología de CSP.
Desarrollada por BCP Solar Technology (conocida en China como Xinchen Solar), la central de Yumen Xinneng, de 1800 millones de CNY (255 millones de dólares estadounidenses) integrará 15 módulos de torre de haz y un sistema de almacenamiento de sales fundidas de 9 horas. China Sinogy Electric Engineering Co., una filial de Thvow, se erige en proveedor de los servicios de ingeniería, adquisición y construcción (EPC, por sus siglas en inglés).
El primer módulo de Yumen Xinneng ha superado las pruebas de puesta en marcha y los trabajos de instalación de los módulos dos y tres están "prácticamente terminados", según declaraciones de Yuda Chen, director general de BCP, a New Energy Update.
Situado a 5 km de la ciudad de Yumen en la provincia de Gansu, Yumen Xinneng es el único proyecto en el programa piloto de demostración comercial de 1,35 GW de CSP en China que utiliza la tecnología de haz tipo beam-down. China adjudicó 20 proyectos en dicho programa a un precio de tarifa de alimentación de 1,15 CNY/kWh (170 $/MWh).
Coste global de la CSP, tendencias de los precios
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Fuente: Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA), enero de 2018.
El diseño de BCP reemplaza el receptor elevado utilizado en las centrales de torre CSP tradicionales por un reflector secundario "hiperboloidal", que redirige la energía solar de los helióstatos a un receptor en tierra.
La central de Yumen Xinneng sigue a una central piloto de 300 kW construida por BCP en 2015 junto con el copromotor Shanghai Parasol. A pesar de que su despliegue ha sido limitado, el coste unitario de instalación de la central de Yumen Xinneng es inferior a 7 CBY/kWh/año, lo cual permite que sea competitiva frente a otras centrales convencionales en la ronda piloto de demostración, según explicó Chen.
"Los gastos de capital (CAPEX) del sistema receptor son inferiores a los de los sistemas tradicionales, pero las cifras requeridas y el precio unitario de la torre de haz tipo beam-down los compensan", dijo.
BCP predice grandes beneficios por el escalado modular, además de que las nuevas características del diseño permitirán reducir el coste de los proyectos de mayor tamaño. El grupo desarrolla en la actualidad un módulo de segunda generación que cuadruplicará la potencia térmica nominal, con lo cual suministrará 200 MW de capacidad a partir de 14 módulos, aseguró Chen.
"A esta escala, el coste disminuirá un 30 % respecto de los niveles de Yumen Xinneng", dijo.
Impulso 3D
El diseño modular BCP emplea una disposición de helióstatos en abanico y torres de menor altura que las centrales de torre tradicionales, con lo que garantiza unos índices de utilización solar elevados, explicó Chen.
El diseño se sirve de un receptor volumétrico 3D, en lugar del receptor tubular empleado en las torres tradicionales, que minimiza las pérdidas ópticas y térmicas y permite el funcionamiento a altas temperaturas.
Los diseños 3D pueden reducir las pérdidas de radiación respecto de las opciones 2D actuales, ya que la temperatura máxima se alcanza dentro de la estructura del absorbente volumétrico, lo cual reduce las pérdidas en la superficie frontal.
"La eficiencia térmica del receptor volumétrico puede llegar al 90,5 % en carga nominal y al 88 % de eficiencia media anual, frente a los niveles inferiores del 60 % de los receptores externos convencionales a plena carga", dijo Chen.
En julio, el primer módulo de la central de Yumen Xinneng calentó el medio de transferencia de calor de sales fundidas a 570 °C. Esta temperatura se compara con el promedio de alrededor de 485 °C de las centrales de torre en funcionamiento hoy en día, según datos del CSP Global Tracker.
Varios grupos de investigación están consiguiendo elevar los límites de temperatura de las centrales CSP a fin de incrementar la eficiencia del sistema.
Un equipo de investigación de los Estados Unidos desarrolla en la actualidad un receptor volumétrico 3D que funciona a más de 720 °C y alcanza una eficiencia térmica superior al 92 %.
El equipo, dirigido por Sameer Rao, profesor adjunto de ingeniería mecánica de la Universidad de Utah, recibió recientemente financiación del Departamento de Energía destinada a validar el diseño y el experimento a escala de laboratorio.
Otros grupos están sometiendo a prueba unos medios de transferencia de calor alternativos en los nuevos diseños de alta temperatura. Por ejemplo, el Centro Aeroespacial Alemán (DLR) está desarrollando un receptor de CSP centrífugo que ya ha alcanzado una temperatura de partículas de 965 °C en la salida del receptor.
Respuesta frente a las nubes
El receptor volumétrico de BSP utiliza un innovador sistema de dos depósitos de sales fundidas calentados de forma directa que elimina el riesgo de congelación de las sales fundidas y garantiza la estabilidad operativa, dijo Chen.
El diseño presenta un depósito de almacenamiento de sales fundidas de doble capa que ofrece una mayor inercia térmica que las unidades de una sola capa.
La cubierta del receptor puede cerrarse con rapidez durante los periodos de nubosidad a fin de mantener el calor de las sales fundidas, lo cual permite que el receptor se reinicie a los pocos minutos de despejarse el cielo, dijo Chen.
Esto hace que el diseño sea particularmente adecuado para zonas sujetas a frecuentes nubosidades, como el noroeste de China, explicó.
Múltiples beneficios
BCP cree que su diseño de haz tipo beam-down modular ofrece grandes ventajas de escalabilidad durante la fabricación, la construcción y el funcionamiento.
Los promotores de las centrales modulares pueden aprovechar las eficiencias de la línea de producción y las tecnologías de fabricación avanzadas para establecer economías de serie.
El receptor de BCP puede fabricarse con productos corrientes de acero inoxidable, a diferencia de los receptores de torre tradicionales, que requieren materiales especializados, destacó Chen.
Minimizar el coste de los componentes más especializados, como los reflectores hiperboloidales utilizados en la cadena del receptor, podría resultar más difícil. Los críticos de los diseños tipo beam-down han puesto en tela de juicio el coste de fabricación de sus componentes.
BCP seguirá optimizando el área y la curvatura del reflector y tratará de maximizar la reflectividad del espejo gracias al uso de materiales nuevos, dijo Chen.
Los diseños modulares también facilitan una construcción sincronizada y un retorno de la inversión más rápido, ya que los primeros módulos se pueden poner en marcha mientras se construyen los otros con vistas a generar ingresos lo antes posible. BCP estima un período de construcción de 24 meses para una central de 200 MW.
China Sinogy obtuvo el contrato de EPC para Yumen Xinneng en virtud de un plazo de construcción de 19 meses, que resultó ser demasiado ambicioso para el primer proyecto a escala comercial. El proyecto lleva ya 29 meses en fase de construcción, pero avanza más rápido que muchos otros proyectos del programa piloto de China.
Hasta la fecha, solo se han conectado a la red dos proyectos de torre CSP en el marco del programa. La central Supcon Delingha, de 50 MW, se construyó en 26 meses y la central Shouhang Dunhuang, de 100 MW, se completó en 37 meses, según datos del CSP Global Tracker.
Pequeños beneficios
La disposición modular con torres CSP de tamaño reducido abre también un abanico de oportunidades de emplazamiento en lugares con condiciones climáticas locales menos favorables o con una topología desigual.
Las torres de menor tamaño están sujetas a menos restricciones en términos de permisos ambientales y pueden protegerse mejor de la erosión eólica y la arena o la pérdida de calor durante los meses más fríos.
Las centrales modulares también ofrecen una mayor fiabilidad en cuanto a los ingresos, ya que los fallos en los módulos individuales pueden repararse mientras el resto de unidades permanecen operativas.
El diseño de BCP podría también adaptarse para construir centrales tamaño mucho mayor, que podrían emplearse en múltiples aplicaciones de energía y calor, según aseguró Chen.
"Al distribuir la recolección, el transporte y el almacenamiento centralizado de calor, logramos que el escalado propiciara los 600 MW [energía total]", concluyó.
Por Kerry Chamberlain
Traducido por Vicente Abella Aranda