La nueva limpieza de CSP reducirá las pérdidas en los reflectores
Varios investigadores europeos se preparan para implantar una tecnología automatizada de limpieza en seco con sensores en las centrales de CSP activas, la cual reducirá el uso de agua y los costes de la mano de obra y estabilizará los niveles de reflectancia.
Related Articles
Recientemente se han desarrollado nuevas tecnologías que disminuyen el consumo de agua con el fin reducir los costes y limitar el impacto medioambiental de las centrales termosolares en los próximos años.
La iniciativa europea SOLWARIS, de 12,6 millones de euros, será un motor clave para encontrar nuevas soluciones y para que en poco tiempo los socios del proyecto aporten a las centrales activas innovaciones avanzadas para limpieza de los helióstatos y espejos, así como para los sistemas de refrigeración por bloque de potencia.
Liderada por la española TSK e integrada por 14 grupos de siete países, SOLWARIS (antes SOLWATT) es una de las tres iniciativas activas financiadas por la Unión Europea (UE) para el desarrollo de soluciones de ahorro de agua en centrales de CSP. SOLWARIS hunde sus raíces en los avances de I+D realizados dentro del marco del programa Ahorro de agua para energía solar de concentración (WASCOP) de la UE, de 6 millones de euros, cuya finalización está prevista para este año.
A finales de 2020, SOLWARIS iniciará las pruebas de funcionamiento de la central de sistema cilíndrico-parabólico de 50 MW La africana, en España, y de la torre central de 121 MW Ashalim Plot B (Megalim), en Israel.
Uno de los proyectos clave de SOLWARIS es un proceso automatizado de "limpieza en seco" de los heliostatos del sistema de torre que requiere un mínimo de agua y no necesita mano de obra. Muchos promotores de CSP están favoreciendo la tecnología de torre a fin de optimizar la capacidad de almacenamiento energético. El valor del almacenamiento energético aumenta a medida que la penetración cada vez mayor de las energías fotovoltaica y eólica origina problemas de intermitencia y escasez nocturna.
Los métodos tradicionales para la limpieza de helióstatos requieren mucha mano de obra, su coste es relativamente alto y suponen un desperdicio de grandes cantidades de agua. Pueden llegar a necesitar hasta un litro de agua por m2 de superficie del colector en cada ciclo de limpieza, la cual se lleva a cabo por lo general cada una o dos semanas. En una central de 50 MW con unos 600.000 m2 de espejos, equivaldría a 600 m3 de agua.
La solución de SOLWARIS pretende utilizar solo 0,02 m3/MWh de agua, una mínima parte de los 0,29 m3/MWh consumidos por las principales tecnologías actuales.
En combinación con las soluciones de bloque de potencia, el nuevo sistema de limpieza podría reducir los gastos de funcionamiento de una central de torre CSP de 50 MW en 500.000 euros al año.
"El sistema de limpieza automática de los helióstatos podría suponer la innovación con mayores repercusiones comerciales", según dijo Eduardo Zarza Moya, coordinador técnico del centro de investigación español CIEMAT-PSA, a New Energy Update.
El CIEMAT-PSA está auspiciando las pruebas de validación en sus instalaciones de Almería, por lo que el sistema podría estar disponible comercialmente "en los próximos cuatro o cinco años", dijo.
Problemas con el agua
Las centrales de CSP necesitan una cantidad relativamente elevada de agua en comparación con otros tipos de tecnología, principalmente debido a la limpieza de espejos y a los requisitos de la refrigeración por bloques de energía.
El consumo de agua también varía en función del tipo de tecnología de CSP empleada.
Consumo de agua en funcionamiento por tipo de generación
(Haga clic en la imagen para ampliar)
Fuente: NREL, 2015
El uso del agua supone un desafío particular para los proyectos de CSP en Oriente Próximo, una región clave de crecimiento para la industria de la CSP. El polvo y la humedad en la región plantean problemas importantes de suciedad y la escasa disponibilidad del agua aumenta los costes de suministro.
Por ejemplo, los costes del agua para la central de CSP de sistema cilíndrico-parabólico Shagaya de 50MW en Kuwait se sitúan en torno a los 4 euros/m3, una cantidad elevada si se compara con los 0,03 euros/m3 de la española La africana. La central Shagaya no está conectada a la red de agua de Kuwait y depende de camiones cisterna para el suministro de unos 40.000 m3/año de agua al emplazamiento.
Disponibilidad natural de agua por país
(Haga clic en la imagen para ampliar)
Fuente: Aquastat, 2014
Las centrales de CSP más voluminosas requerirán igualmente mayores volúmenes de agua. ACWA Power y sus socios chinos están desarrollando en la actualidad la mayor central termosolar del mundo en Dubái, en los Emiratos Árabes Unidos (EAU). El proyecto de 950 MW Noor Energy 1 integra tres centrales con sistema cilíndrico-parabólico de 200 MW, una de torre de 100 MW y 250 MW de capacidad fotovoltaica con 15 horas de almacenamiento de CSP con sales fundidas.
Rendimiento estable
Desarrollada por BrightSource Industries, la tecnología de limpieza en seco para los heliostatos se está sometiendo a prueba en la actualidad a modo de prototipo de tercera generación. La tecnología utiliza un pequeño motor de corriente continua para aplicar un nivel constante de presión en seco sobre el heliostato con el fin de eliminar la suciedad con mayor periodicidad que en los ciclos de limpieza actuales.
Las pruebas iniciales con tres helióstatos han generado unos valores constantes de reflectancia del 90 % cuando se utiliza la tecnología. Sin el dispositivo, la reflectancia disminuye significativamente entre cada limpieza manual.
Rendimiento de la limpieza automática por versión del prototipo
Nota: el gráfico compara el rendimiento de los prototipos de la tecnología de limpieza en seco automática de SOLWARIS con el proceso de limpieza manual (sin escobilla).
Fuente: SOLWARIS.
Los investigadores de SOLWARIS están desarrollando una amplia gama de otras tecnologías de vanguardia con objeto de ayudar a la limpieza de los diseños de centrales de torre y de sistema cilíndrico-parabólico.
Según Itziar Azpitarte, investigadora del centro tecnológico español IK4-Tekniker, socio del proyecto SOLWARIS, en uno de los proyectos los científicos incorporarán sensores de suciedad de bajo coste para los espejos con objeto de facilitar estrategias de limpieza específicas al paso que se mantiene una alta precisión en la reflectancia. Los sensores se desarrollaron en el seno de la investigación del WASCOP.
"De este modo se propicia una limpieza local sin necesidad de limpiar todos los espejos cada siete o diez días", dijo Azpitarte.
El centro alemán DLR y el Centro Nacional de Supercomputación de Barcelona están desarrollando un sistema de previsión de la tasa de ensuciamiento a fin de incrementar la eficiencia del mantenimiento.
La previsión permitirá a los operadores de los campos solares prever eventos causantes de la suciedad con hasta cinco días de anticipación, lo cual les permitirá revisar los programas de limpieza y programar acciones tales como obviar la limpieza antes de una tormenta de arena.
Limpieza sin contacto
Los equipos de investigación han desarrollado también una tecnología de limpieza por ultrasonidos para espejos de sistema cilíndrico-parabólico por la cual se evitan los arañazos de los cepillos que afectan a la reflectividad de la superficie. El sistema ofrece una reflectividad del 99 % después de la limpieza y, en virtud del SOLWARIS, se integrará en un camión de limpieza automatizado.
"La implantación de un dispositivo automático de limpieza reducirá el consumo de agua, los costes de operación y mantenimiento e incrementará los ingresos de la central al mantener altos los valores [de reflectancia], además de que proporcionará una solución inmediata para después de una tormenta de polvo", dijo Zarza Moya.
El IK4-Tekniker también está desarrollando un revestimiento antisuciedad para los espejos que ayudará a los equipos de investigación a avanzar hacia una solución completamente automatizada, dijo Azpitarte.
"En virtud del SOLWARIS, recubriremos grandes muestras de espejos con un revestimiento antisuciedad homogéneo", señaló.
Los socios del SOLWARIS tratarán también de facilitar un mayor control de las condiciones del emplazamiento en regiones con condiciones climáticas adversas. En la actualidad, las barreras de protección contra el viento en torno a las centrales de CSP priorizan la reducción de la velocidad del viento a fin de evitar la rotura de los espejos, en lugar de minimizar las partículas transportadas por el aire.
Otro socio del proyecto, la Universidad de Cranfield, está desarrollando una barrera aerodinámica contra el polvo poroso, la cual se instalará alrededor del perímetro de la central La africana.
La nueva barrera impedirá que alrededor del "50 % de las partículas de polvo y arena" atraviesen las barreras", según dijo Chris Sansom, director del Centro de Sistemas de Energía Renovable de la Escuela de Agua, Energía y Medio Ambiente de la Universidad de Cranfield.
Por Kerry Chamberlain
Traducido por Vicente Abella Aranda