Los investigadores reducen en un 70% el uso de agua para aumentar la eficiencia de la CSP en el desierto
En un intento por combatir la escasez de agua, los últimos estudios de los investigadores han demostrado que las nuevas tecnologías antisuciedad y de supervisión de espejos para CSP reducirán drásticamente su consumo.
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La conservación del agua es un desafío para los operadores de CSP que persiguen minimizar los gastos de explotación, especialmente los radicados en áreas desérticas remotas. Gran parte de la capacidad mundial de CSP está instalada en regiones desérticas o áridas, pues son las que tienen los niveles de radiación directa normal (RDN) más elevados. Las centrales necesitan recibir regularmente grandes cantidades de agua para limpiar el sistema cilíndrico-parabólico o los espejos de los helióstatos.
Por citar un ejemplo, la central de 100 MW con sistema cilíndrico-parabólico Shams 1 en Abu Dabi consume unos veinte millones de litros de agua anuales en la limpieza debido a los rigores del clima desértico y a la alta concentración de aerosoles. En el Golfo Arábigo, el polvo se genera con niveles de humedad del 90 %, por lo que forma una capa fina que no puede eliminarse simplemente con aire a presión.
Para garantizar la eficiencia de las operaciones en la central resulta vital limpiar los espejos con frecuencia. Tal y como muestra la siguiente tabla, las primeras fases de acumulación de polvo tienen repercusiones importantes en el rendimiento.
Repercusiones de la acumulación de polvo en las corrientes de cortocircuito
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Fuente: artículo de investigación “Mitigación de pérdidas por suciedad en colectores solares de concentración”. (Universidad de Boston, 2013)
Varios grupos de investigación trabajan en el desarrollo de tecnologías nuevas con las que optimizar las estrategias de limpieza y con ellas el consumo de agua, lo que mejorará la competencia de las centrales de CSP.
El centro francés de investigación energética CEA lidera un proyecto de investigación europeo para desarrollar nuevas tecnologías de gestión de agua dirigidas a refrigerar el bloque de potencia y limpiar las superficies del campo solar. El proyecto a tres años WASCOP se puso en marcha a principios de 2016 y recibió financiación en el marco del programa de ayudas de la Unión Europea Horizonte 2020.
Los investigadores del WASCOP buscan reducir el consumo de agua de las centrales de CSP entre un 70 % y un 90 % e incrementar la potencia de salida entre un 2 % y un 3 %. Los equipos del proyecto ensayan varias tecnologías antisuciedad, de limpieza avanzada y supervisión de la central en varios emplazamientos de Europa, África Septentrional y Oriente Próximo.
“Los resultados preliminares de WASCOP demuestran que se está cumpliendo el primer objetivo: una reducción del 70 % en el consumo de agua”, anunció Itziar Azpitarte, directora de marketing del centro tecnológico español IK4-Tekniker, socio de WASCOP, a New Energy Update.
Los ensayos en la central de CSP kuwaití Shagaya han demostrado que las tecnologías de WASCOP pueden reducir la frecuencia de limpieza en un 65 %, destacó Azpitarte.
Se espera que la central de 50 MW Shagaya, que se ha previsto que entre en funcionamiento en diciembre de 2017, utilice 40 000 metros cúbicos de agua anuales. Las soluciones de WASCOP podrían disminuir la cifra hasta 14 000 metros cúbicos anuales, lo que originaría unos ahorros en gastos de explotación de unos 100 000 euros anuales (117 000 dólares estadounidenses anuales), dijo Azpitarte.
Con base en los datos
Al mismo tiempo, el grupo de investigación MinWaterCSP trabaja en el desarrollo tecnologías nuevas para optimizar los procesos de limpieza y minimizar el consumo de agua.
El proyecto a tres años de MinWaterCSP también recibe financiación del programa de la UE Horizonte 2020 y entre sus proyectos actuales se encuentra el desarrollo de nuevos dispositivos de medida para la suciedad.
El socio de MinWaterCSP Fraunhofer ISE (Alemania) y el socio comercial Process Systems Enterprise (PSE) colaboran con el especialista en mantenimiento de espejos ECILIMP Termosolar con objeto de integrar un lector de suciedad completamente automático en los sistemas de limpieza de ECILIMP.
El reflectómetro portátil pFlex mide la suciedad en los campos de sistema cilíndrico-parabólico y los colectores lineales Fresnel y se controla por medio de una interfaz para teléfono inteligente.
Asimismo, los investigadores de WASCOP han desarrollado un sistema de sensores para las superficies de los espejos para CSP que detectan cuándo hay que limpiar los espejos y los tubos de CSP. El sistema coteja datos de la reflectancia de los espejos, la tasa de suciedad y la transmitancia del receptor con el fin de determinar las acciones que hay que llevar a cabo.
El sensor del sistema optimiza los horarios de limpieza y minimiza las pérdidas ópticas en los campos solares. Los dispositivos podrían reducir el consumo de agua hasta un 25 %, dijo Azpitarte.
En todo el sector de la energía, los operadores están introduciendo tecnologías avanzadas de supervisión en tiempo real y análisis de datos para mejorar la competencia. Desde las centrales fotovoltaicas hasta las centrales nucleares, los operadores se benefician de las posibilidades de los macrodatos para predecir fallos y optimizar las actividades de operación y mantenimiento.
Recuperación de agua
Otro equipo de investigación de WASCOP trabaja en el desarrollo de un sistema de limpieza de espejos, haciendo uso del rocío que condensa en las superficies durante las horas de la mañana.
El sistema de limpieza de labio recoge el rocío y aprovecha la gravedad para desplazarlo por el espejo. Según los promotores, puede mantener los espejos limpios sin necesidad de un suministro adicional de agua.
Las nuevas mejoras en la recuperación de agua permitirán aumentar la eficiencia de la central. El proceso de generación de CSP origina grandes cantidades de agua residual y la mayoría de sistemas de limpieza de las centrales de CSP en funcionamiento no reutiliza el agua pulverizada. El agua que se filtra a la tierra podría recogerse y someterse a un tratamiento para su reutilización.
Por ejemplo, en la central marroquí Noor 1 el operador utiliza más de 36,5 millones de litros anuales de agua desmineralizada para limpiar los espejos y no lleva a cabo ninguna recuperación, según afirma el estudio Al Akhawayn.
De forma pareja, el agua residual del proceso de limpieza de Shams 1 no se recupera en la actualidad porque contiene polvo y contaminantes orgánicos. El Instituto Masdar de los EAU desarrolla en esta línea un sistema de membranas para filtrar el polvo fino y degradar los contaminantes.
Los nuevos avances también pueden dirigirse a la limpieza de vehículos y del equipo. La empresa Shams Power investiga una modificación en los vehículos de limpieza para Shams 1 con objeto de hacerlos mas eficientes y reducir el consumo de agua.
Al mismo tiempo, los investigadores de MinWaterCSP han desarrollado un sistema para limpiar los vehículos que recicla el agua de escorrentía de los espejos. Algunas partes de ese sistema se integrarán en dos importantes proyectos de CSP comerciales, según ha dicho un socio de investigación a New Energy Update.
Por Heba Hashem
Traducido por Vicente Abella