Las centrales solares termoeléctricas

Generar energía eléctrica a partir del Sol no sólo posible a través de paneles solares fotovoltaicos, también es viable obtener electricidad del calor producido por la radiación solar. La tecnología capaz de conseguir esto es la llamada solar termoeléctrica.

El funcionamiento consiste básicamente en calentar un fluido con la energía del Sol para lograr que este provoque el movimiento de un generador eléctrico.

Dos grandes grupos de tecnologías se emplean para este fin: Las chimeneas solares (también conocidas como torres solares) y las centrales de concentración de los rayos solares (centrales de captadores cilindroparabólicos y de captación en torre)

Las chimeneas solares

Las chimeneas solares son centrales eléctricas consistentes en una gran superficie de terreno cubierta de vidrio o plástico transparente que tiene en el centro una chimenea de gran altura. En la base de la chimenea se disponen unos aerogeneradores.

Chimenea solar Manzanares

Chimenea solar de Manzanares

Funcionamiento– En los días de Sol, los rayos solares atraviesan la superficie de plástico y recalientan el suelo y la masa de aire sobre este. El aire caliente se dilata y se hace más ligero generándose así una brisa en dirección a la chimenea.

Conforme el aire se aproxima a la chimenea aumenta progresivamente su velocidad y su temperatura llegando a ser ambos valores máximos en la base de esta. El aire en movimiento se canaliza entonces por la chimenea en forma de potente chorro y transfiere su energía cinética a los aerogeneradores que la transforman en electricidad.

esquema chimenea solar

esquema chimenea solar perfil

Sección del esquema de funcionamiento de la torre o chimenea solar. El aire se calienta bajo el invernadero y aumenta su temperatura conforme más se aproxima a la chimenea. Una vez el aire se ha canalizado en la chimenea cede su energía al generador y se enfría

Orígenes de la idea– Este modelo de central eólico solar fue concebido por primera vez en 1903 en España, cuando el coronel de artillería Isidoro Cabanyes expuso en la revista “La energía eléctrica” el articulo titulado “Proyecto de motor solar”. El ingenio expuesto se basaba exactamente en este mismo principio.

Sin embargo este proyecto parece que fue olvidado hasta que en 1931 el alemán Hans Gunter (sin que se sepa que tuviera conocimiento del ingenio del español) expuso el primer diseño de una central eléctrica de chimenea solar. El concepto de chimenea solar fue patentado en 1978 y en 1981 por Roberto E. Lucier.




Chimeneas solares en el mundo– La primera planta piloto con esta tecnología se construyó en Manzanares (provincia de Cuidad Real, Castilla la Mancha, España) en 1981 y estuvo operativa hasta 1989 en el que la torre cayó en una tormenta. La chimenea solar de manzanares fue financiada enteramente por el ministerio alemán de investigación y tecnología y ejecutada por la empresa también alemana Schlaich Bergermann en un terreno cedido por la compañía eléctrica Unión Fenosa. La central eólico-solar de manzanares tenia una superficie de captación de 44 000 m2 con una torre de 194.6 m de altura y 10 metros de diámetro. La base de la chimenea estaba dotada de un aerogenerador de 50 Kilowatios de potencia. Esta planta se utilizó para comprobar el desempeño efectivo de la teoría y para experimentar con distintos diseños y materiales.

Actualmente están en desarrollo varios proyectos para explotar esta tecnología a grandes escalas:

Enviro Mission está desarrollando una chimenea solar en Mildura (Australia). En un principio esta central iba a tener una potencia de 200 MW con una torre de 1000 metros de altura. Parece ser que se han rebajado las pretensiones iniciales y que se baraja la posibilidad de que tenga una potencia de 50 MW y la torre una altura de aproximadamente 550 metros. Esta central será capaz de dar electricidad a unos 100 000 hogares australianos de consumo medio.

Otra torre solar esta en proceso de construcción en España en la localidad de Fuente del fresno, Cuidad Real, (Castilla la Mancha). Esta planta tendrá una potencia nominal de 50 MW. Su superficie de captación será de 650 hectáreas (6 500 000 m2) y su torre tendrá una altura de 750 metros lo que la convertirá en la construcción más alta de Europa. En esta central, aparte de la función eléctrica, se pretende aprovechar la estructura periférica del invernadero para instalar cultivos de regadío, energéticos, o de biomasa (la parte próxima a la chimenea sería inadecuada por las altas temperaturas). También se busca darle una finalidad turística instalando un mirador en lo alto de la torre.

Existen noticias de la existencia de otra chimenea solar (o proyecto de chimenea solar) en Arabia Saudita, sin embargo no ha sido posible averiguar más detalles sobre esta central.

En algunos medios se han hecho críticas a este tipo de central solar por lo reducido de su rendimiento, que no supera el 2%. Sin embargo lo sencillo de su tecnología unido a lo relativamente barato de sus componentes lo hace económicamente competitivo frente a otros tipos de energías renovables. Es decir, el costo por KW llega a ser más económico que en otros modelos de aprovechamiento solar más eficientes pero mucho más costosos. Es en relación costo-aporte energético de las energías renovables más rentables que existen.

Adicionalmente es posible aprovechar parte de la estructura del invernadero para cultivos especializados, lo que ayuda a rentabilizar aún más la gran extensión de terreno ocupada.

También tiene la ventaja de que es de los pocos tipos de energía renovable que puede asegurar un funcionamiento relativamente constante, ya que mediante la colocación de contenedores con agua bajo el plástico se consigue acumular la energía calorífica recibida en el día para liberarse durante la noche y mantener en funcionamiento la turbina.

Las centrales solares termoeléctricas de concentración

Esta forma de generación eléctrica solar emplea en buena parte del proceso la misma tecnología que las centrales de combustibles fósiles. Difiere de estas básicamente en la forma de obtener el calor necesario para producir electricidad. Mientras en las centrales de combustibles fósiles se logra quemando carbón o derivados del petróleo, las centrales solares concentran los rayos del Sol para así obtener altas temperaturas.

Existen dos tipos principales de centrales solares termoeléctricas en función del tipo de captador solar que emplean: las centrales con captadores cilindroparabólicas y las centrales solares de concentración en torre.

Centrales con captadores cilindroparabólicos

En este tipo de centrales se emplea un tipo de captadores de forma cilíndrico parabólica recubiertos de material reflectante en su parte interna y en cuyo eje focal esta dispuesto una tubería con fluido caloportador.

 

Plataforma solar Almeria

Plataforma solar del CIEMAT en Almería ( España) Foto: © Raúl Bartolome/greenpeace

Funcionamiento– Cuando los rayos del sol inciden sobre el captador se reflejan y se concentran en la tubería situada en el eje focal la cual alcanza temperaturas de entre 300 y 400 grados. El fluido del interior de la tubería se bombea entonces hacia un depósito de calor donde queda almacenado. Este calor es luego aprovechado para producir el vapor que mueve las turbinas que generan energía eléctrica.

esquema captador cilindroparabolico

Esquema de funcionamiento de receptor cilindroparabólico

Para optimizar la captación de la radiación solar directa, estos captadores cuentan con un sistema se seguimiento de un eje para orientar siempre el captador en la trayectoria aparente del Sol en el cielo y captar una mayor cantidad de energía.

Centrales de este tipo están ya instaladas o en construcción en diversas partes del mundo. Las instalaciones construidas más grandes se encuentran en Estados Unidos en el desierto de Mojave, las llamadas SEGS (siglas del término en inglés “Solar Electric Generating Station”. Estación solar de generación eléctrica en español). Se trata de 9 centrales de diversos tamaños y potencias que juntas suman un total de 354 MW.

En Kuraymat (Egipto) se está construyendo una planta híbrida que combina la fuente solar con la combustión de gas que tendrá una potencia total de 150 MW.

En España en Aldeire (Granada) para el verano/Otoño de 2008 esta prevista la inauguración de ANDASOL I, en 2009 se prevé la apertura de ANDASOL II y en un momento indeterminado ANDASOL III. Estas tres centrales contarán con una capacidad de generación de 50 MW cada una.

Las centrales solares de concentración en torre

Este tipo de centrales esta conformado por un campo de helióstatos (espejos orientables) y de una torre receptora. En lo alto de la torre se dispone una apertura que contiene un receptor con material absorbente colatransportador (hasta ahora se han empleado sodio liquido, vapor de agua saturado, sales nitrato fundido o aire).

Los días soleados la radiación incide sobre el campo de helióstatos. Cada uno de estos helióstatos, gracias a su mecanismo de seguimiento de dos ejes, adopta una inclinación y una orientación especifica dependiendo de 3 factores: La inclinación y el azimut solar (variables a lo largo del día en el movimiento aparente del Sol) y su posición relativa con respecto a la torre central. La finalidad de esta orientación especifica es la de lograr que cada helióstato refleje el mayor tiempo posible la radiación solar que recibe hacia el receptor de la torre. De esta manera se logra la concentración de la radiación solar en un solo punto en el cual llega a alcanzar elevadísimas temperaturas de hasta 4000 grados centígrados. El fluido caloportador transfiere la energía hasta un depósito donde queda almacenada. Este calor es luego aprovechado para producir vapor y mover las turbinas que generan energía eléctrica.

esquema CENTRAL solar DE TORRE

Esquema de funcionamiento del área de captación de una central solar de concentración en torre

Son pocas la centrales que se han construido empleando esta tecnología y son todas de demostración, con lo que son de escasa potencia (entre 0,5 MW y 10 MW). A continuación se muestra una tabla de las centrales de concentración en torre existentes.

proyectos fotovoltaicos concentracion

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Un pensamiento en “Las centrales solares termoeléctricas

  1. eduardo

    Que empresa en mexico esta vendiendo la tecnologia de concentracion fotovoltaica

    Responder

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