Sustainable Heat & Power Europe GmbH

Sistemas híbridos, “add-on” solar

Introducción

El concepto de las plantas híbridas es combinar un campo de colectores solares con una existente planta termoeléctrica. El combustible de la planta termoeléctrica puede ser renovable (como la biomasa), pero el potencial más alto para esta aplicación la poseen las plantas basadas en combustibles fósiles como carbón, gas natural o petróleo.

La idea de este tipo de plantas es actuar de forma que se ahorre combustible (“fuel saver”). El campo solar produce agua precalentada, vapor saturado o sobrecalentado que se inyecta en un punto determinado del ciclo de agua/vapor de la planta termoeléctrica. De este modo se reduce la carga de la caldera convencional y se ahorran combustibles fósiles. Cuanto más alta la temperatura del vapor generado de la planta solar, más combustible se puede ahorrar.

Durante los últimos años se han realizado varios estudios para justificar la aptitud de este concepto para la introducción en el mercado. Captadores solares térmicos minimizan el riesgo técnico y optimizan la inversión; la eficiencia de este tipo de plantas es muy alta.

El concepto de los “add-on” solares térmicas despertó el interés de la institución Competencia en Tecnología de Plantas Termoeléctricas de Nordrhein-Westfalen. Las compañías incluso consideran ofrecer campos solares tipo “add-on” como estándar en el futuro. En los próximos años, proyectos de plantas fósiles en regiones soleadas se van a equipar con estos sistemas.

Aplicaciones

Add On

Campos de colectores solares tipo “add-on” se consideran un enriquecimiento para las grandes centrales eléctricas existentes basadas en combustibles fósiles (que se supone que van a continuar la operación durante las siguientes décadas). Hay muchas plantas termoeléctricas de gas natural y petróleo en el Oriente Medio – de la misma manera hay muchas plantas de carbón en el sur de Europa, Australia y los Estados Unidos – estas plantas podrían verse beneficiadas de un campo adicional de colectores solares. En la actualidad, donde nos enfrentamos a una subida continua de los precios de combustibles fósiles  y el comercio de emisiones ya se ha incorporado, esta opción resulta cada vez más interesante.

Debido a la fase de desarrollo (temperaturas alcanzables a rendimientos y costes razonables), en la cual se encuentran las tecnologías concentradores solares, la aplicación más sencilla y rentable es la integración del campo solar en el precalentamiento del agua de alimentación del ciclo de agua/vapor de una central convencional; así reemplaza una parte de la extracción del vapor que se suele realizar en un punto de la turbina. También existen tecnologías maduras para la inyección de vapor saturado o sobrecalentado en los procesos correspondientes (por ejemplo vapor sobrecalentado para inyección en la línea de recalentamiento frío de una planta convencional).

Todas estas opciones conllevan la ventaja de ahorrar en los costes correspondientes de los turbogeneradores, sistemas de acumulación de calor o calderas de apoyo como aplican en puras plantas solares termoeléctricas.

Producto/Sistema

La tecnología óptima y el diseño del campo de los colectores dependen de las condiciones de vapor (presión y temperatura) deseadas para el proyecto. Las altas temperaturas que se alcanzan en plantas convencionales modernas solamente se pueden conseguir con tecnologías concentradoras en puntos focales como la tecnología de torre o discos parabólicos. Las temperaturas medias (hasta 450 ºC) para inyecciones de vapor saturado, sobrecalentado o agua precalentada también se pueden alcanzar con la tecnología Fresnel o colectores cilindro parabólicos.

Otra ventaja importante de los colectores Fresnel es que cosechan más energía por área ocupada que los colectores cilindro parabólicos. Esto no sólo reduce el coste de la tubería de interconexión, también influye a la viabildad económica de la planta como el suelo cercano a plantas termoeléctricas suele ser escaso y relativamente caro. Gracias a la posibilidad de generar vapor a alta presión directamente en los tubos absorbedores, los colectores Fresnel tienen ventajas sobre otras tecnologías en la incorporación del campo en una planta convencional. También pueden alcanzar las condiciones de vapor adecuados para la inyección del vapor en la fase de recalentamiento y se pueden conectar directamente al ciclo de vapor de la planta convencional sin necesidad de intercambiadores de calor.

La filosofía de la industria de generación de electricidad es minimizar los riesgos al máximo, por eso es muy importante diseñar el campo solar de tal forma que su operación no pueda poner en peligro la operación, disponibilidad y fiabilidad de la planta convencional.

Mientras actualmente, con la tecnología disponible, sólo es razonable acoplar el campo solar a la fase de vapor a presión media de una planta convencional, hay tecnologías en desarrollo que permitirán la producción de vapor en condiciones  adecuadas para la inyección en la entrada de la turbina de alta presión. De esa forma, se incrementan las posibilidades de ampliación de una planta convencional por un campo solar.

Ventajas

La integración de un “add-on” solar térmico conlleva varias ventajas para el operador de la planta. La energía solar reduce el consumo de combustibles fósiles (y con ello costes de combustible y emisiones) de la planta convencional.

también se puede usar de otra forma: cuando se mantiene constante la producción de electricidad, las calderas gastan menos combustible debido a la reducción ligera del caudal (se reduce por el caudal de vapor que se desviaba para el precalentamiento); cuando se mantiene constante la carga de la caldera, la producción de electricidad se aumenta debido al mayor caudal que va a haber en las etapas posteriores de la turbina. De esta manera, el operador de la planta puede aumentar la potencia pica de su planta justamente cuando la demanda de electricidad suele ser más alta, ya que suele haber una correlación alta entre la demanda de electricidad y la irradiación, sobre todo donde se usan bombas de calor para la refrigeración.

En ambos casos, se reducen las emisiones específicas de CO2 por kWh de electricidad generada. Estas ventajas se pueden ver reflejadas en cálculos de rentabilidad y no existen desventajas para la planta convencional. La incorporación de un sistema solar para el precalentamiento de agua de alimentación o para la inyección en el recalentamiento frío sólo requiere cambios menores en el equipo de la planta existente. La flexibilidad, eficiencia del ciclo, disponibilidad y fiabilidad de la planta van a ser iguales o incluso superiores por la incorporación del campo solar.

Mercado/Soporte/Aspectos Financieros

Add On

Un "add-on" solar térmico ofrece varias oportunidades que provienen de:

  • Generación y venta de certificados de reducción de emisiones (por ejemplo certificados CER)
  • Reducción de costes de combustibles fósiles
  • Incremento de producción de electricidad durante horas picas (con precios altos de electricidad)
  • Generación y venta de certificados "Green Electricity" en mercados con contribuciones obligatorias de energías renovables

Los "add-on" solares térmicos son la manera más económica de introducir energía solar en el mercado de electricidad.

Nuestro Servicio

No sólo tenemos muchos años de experiencia técnica, SHP Europe también tiene recursos excelentes de partners nacionales e internacionales a su disposición. Ofrecemos los siguientes servicios:

  • Verificación del solar y servicios de desarrollo del proyecto
  • Estudios de viabilidad y análisis del potencial de generación, concepto técnico y cálculos económicos de la MSTPP
  • Diseño y gestión de proyecto para MSTPPs
  • Campañas de medición de irradiación
  • Servivios de validación y verificación de emisiones