Las innovaciones en helióstatos reducirán mucho los costes
Una investigación pendiente de patente promete calibrar todos los helióstatos de la central en unas pocas horas y podría ser clave para disminuir el coste de los nuevos proyectos de CSP, según aseguró uno de los directores a CSP Today.
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La energía termosolar de concentración se encuentra aún en una fase de madurez suficientemente temprana para que los pequeños avances en diseño y funcionamiento de los helióstatos puedan suponer una reducción significativa en los costes eléctricos asociados.
Los helióstatos normalmente suman entre un tercio y la mitad de los costes de inversión iniciales de los campos de CSP. Por tanto, no sorprende que empresas como la alemana SBP Sonne, una consultoría de ingeniería de energía solar líder en el mercado, y el Centro Nacional de Energías Renovables (CENER) centren gran parte de sus esfuerzos en los helióstatos.
La calibración es el objetivo
Si los helióstatos son el componente de mayor coste unitario en un campo solar, el mecanismo de transmisión es el componente de coste unitario mayor en el helióstato. Según Marcelino Sánchez González, doctor y director del Departamento de Energía Termosolar del CENER, la clave para reducir el coste del mecanismo de transmisión es mejorar el sistema de calibración.
Los sistemas existentes calibran los helióstatos uno por uno, lo que requiere semanas o incluso meses para llevar a cabo la calibración de la central entera. CENER y IK4 TEKNIKER se han unido para desarrollar un sistema que calibrará todos los helióstatos de la central de forma simultánea, lo que propiciará que el campo se calibre al completo en cuestión de horas, según dijo Sánchez.
Puesto que los sistemas actuales no pueden calibrarse con mucha frecuencia, necesitan más estabilidad a largo plazo, y eso incrementa los costes. La solución CENER-IK4 TEKNIKER disminuye los requisitos de estabilidad de los helióstatos y los costes asociados a sus procesos de fabricación.
En la actual fase de solicitud de patente, el proceso de calibración se basa en una cámara de bajo coste instalada en cada dispositivo con varios objetivos dispersos en el campo solar. La precisión de un helióstato depende de su posición y del movimiento generado por cinemática. Pese a que estos detalles se conocen a nivel de diseño, siempre surgen variaciones a causa de las restricciones en la fabricación y la falta de estabilidad.
Para abordar este problema, ambos centros orientan su solución a la toma y tratamiento de imágenes para identificar los parámetros geométricos que afectan a la cinemática de los helióstatos.
“Al disponer del sistema de calibración y conocer la posición de los helióstatos en cualquier momento, podemos controlar cada helióstato y mantener una precisión alta sin que haya, digamos, desviación”, explicó Sánchez. “Podemos controlar el helióstato en cualquier momento y así suavizar las especificaciones del sistema de transmisión, con lo que reducimos los costes”.
El gran paso adelante
El momento estelar de SBP Sonne llegó en 2015, cuando concluyó el diseño del helióstato Stellio. A la sazón, varios expertos independientes confirmaron que era capaz de generar un coste medio teórico de energía (LCOE, por sus siglas en inglés) de 100 euros/m2 (con los valores ensayados que muestra la siguiente tabla), lo que supone una reducción de costes de un 20 % respecto de otros diseños. Stellio se lanzó para el proyecto Redstone en Sudáfrica, pero aquel proyecto hubo de posponerse y SBP trabaja actualmente para implantarlo en el proyecto de demostración de CSP de 50 MW Hami en China.
Se han incorporado varias innovaciones a Stellio. Las tres que saltan más a la vista son: un eje de transmisión inclinado para ajustarse a la trayectoria anual del sol y lograr una mayor rigidez y precisión de seguimiento; un software especial de control con la posibilidad de aprender a compensar las deficiencias estructurales, y de permitir por tanto reducir el tamaño de los caros componentes estructurales de acero sin que se vea afectado el rendimiento; y unos helióstatos casi circulares, con objeto de minimizar las sombras y el bloqueo y aumentar la calidad óptica.
Markus Balz, director ejecutivo de SBP Sonne, afirma que Stellio supuso un cambio fundamental, pero “con cada nueva tecnología que desarrollamos en el colector cilíndrico-parabólico o en los helióstatos seguimos recortando al menos un 10 % del LCOE. Seguro que, conforme avance el estado de madurez y de innovación, la magnitud de dichos pasos será por lo general menor, pero de momento seguimos pudiendo dar pasos notables”.
¿De dónde podría venir un paso tan significativo? En lo que concierne a SBP, están trabajando en un segundo Stellio llamado “Stellio Automotive”.
“El Stellio que desarrollamos es un helióstato al que llamamos Stellio Conventional, puesto que simplemente modifica las orientaciones de la transmisión, pero el método de fabricación es todavía bastante convencional respecto de lo que se suele hacer en CSP”, explicó. El Stellio Automotive “surgió de un proceso de investigación y está ahora en fase de ejecución. No pudimos construirlo (de forma inmediata) porque había poco tiempo para entrar en el mercado y tratábamos de aplicar la tecnología a un proyecto específico, además de que el tiempo que nos dieron para pasar del concepto al prototipo era de medio año. Dimos un primer paso, que fue notable, pero el segundo está aún por darse y lo haremos en cuanto terminemos el siguiente proyecto comercial”.
Siguiente parada: diseño modular
Sánchez es tan optimista como Balz en cuanto a la posibilidad de que la innovación genere una reducción significativa de costes. Cuando se le pregunta por los posibles avances tecnológicos del futuro, Sánchez menciona uno que ya se ha implantado con éxito en otros sectores energéticos muy intensivos en capital: la construcción modular.
Puesto que los sistemas ópticos requieren cada vez más calidad y precisión, existe la necesidad de un cambio conceptual en el modo de diseñar los campos, según dijo Sánchez. Aunque los sistemas de CSP existentes son técnicamente modulares, “no lo son realmente en el sentido de que cualquier persona pueda ensamblar helióstatos de alta calidad”, afirmó.
Según sugirió, la CSP debería seguir el ejemplo de la fotovoltaica: “La tecnología de la fotovoltaica es muy compleja. Pero toda su complejidad se limita actualmente al interior del módulo. De este modo, desde el punto de vista de la construcción, la gente instala paneles fotovoltaicos del mismo modo que coloca ladrillos en un edificio.
“No hace falta ser muy diestro para instalar paneles fotovoltaicos. Pese a que la tecnología es en sí semiconductora, toda su complejidad se limita al interior del módulo. Resulta fácil instalar un campo fotovoltaico si se compara con la instalación de un campo de CSP.
“Necesitamos avanzar en esa dirección: tenemos que salvar la actual complejidad de la construcción sobre el terreno y tatar de trasladar esa complejidad a los componentes que se producirán con alta calidad directamente en la fábrica. Entonces deberían hacerse de modo que resulte fácil ensamblar los componentes en el emplazamiento, y que lo pueda hacer cualquiera, sin necesidad de contar con determinadas habilidades”.
La estrategia modular, dijo Sánchez, podría aplicarse no solo a los helióstatos, sino también a otros componentes como los receptores.
Por Nadav Shemer; Traducido por Vicente Abella Aranda