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11
Manuel RomeroDirectorDivisión Energías RenovablesCIEMATAvda. Complutense 22 28040 Madrid
CENTRALES CENTRALES ELELÉÉCTRICAS CTRICAS
TERMOSOLARESTERMOSOLARES
““La energLa energíía solar termoela solar termoelééctrica: ctrica: situacisituacióón tecnoln tecnolóógica actual y gica actual y
potencial de desarrollopotencial de desarrollo””
22
33
44> 2000 MW> 2000 MW
Iberdrola
ACS/SM
Abengoa
Sener
Samca
Acciona
Iberdrola
ACS/SM
Abengoa
Sener
Samca
Acciona
Ibereolica
Sacyr/Solel
MapaMapa no no oficialoficial de de iniciativasiniciativas de CET en de CET en EspaEspaññaa
55
Penetración mercado = Calidad en despacho
EólicaPetróleo, madera, ..GasCarbónNuclearHidroeléctrica Aumento
Sustitución
Desarrollo de la generación eléctrica en la UE-25 entre 2000 y 2030
¿¿Mayor presiMayor presióón para las n para las tecnologtecnologíías renovables sin as renovables sin garantgarantíía de despacho?a de despacho?
66Receptor Central
Receptor Central
Helióstatos
Cilindro-parabólicos
Tubo Absorbedor
Tubería fluido térmico
Espejo curvado
Energía solar termoeléctrica
Fresnel Lineal
Tubo absorbedor y reconcentrador
Espejo curvado
Discos parabólicos
Receptor/Motor
Reflector
Hora solar
Desdealmacén Suministro
directo solar
A almacenamiento
Desde almacén
Potencia constante
E. T
érm
ica
a tu
rbin
a
Hora solar
Apoyofósil Suministro
directo solar
Apoyo fósil
Potencia constante
E. T
érm
ica
a tu
rbin
a
77
Eficiencia de un sistema termosolar ideal (concentrador óptico, receptor y máquina térmica)
CONCENTRADOR ÓPTICOCONCENTRADOR ÓPTICO
RECEPTORRECEPTOR
ElectricidadElectricidad
MáquinaMáquinaTérmicaTérmica
CalorCalor
Radiación solarRadiación solarconcentradaconcentrada
Radiación solar directaRadiación solar directa
Calor rechazadoCalor rechazado
Pérdidas Pérdidas receptorreceptor
Pérdidas Pérdidas concentraciónconcentración
Concentración y Ciclo Termodinámico
88
¿Y quién dijo espacio?
99
LEC = 12-15 cents/kWh
2,5 Millones de m² de colectores en California
La experiencia SEGS en California:
100 años equivalentes de operación comercial (9 plantas, 354 MW)
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
Effic
ienc
y [%
]
0
200
400
600
800
1000
1200
Dire
ct N
orm
al R
adia
tiom
[W/m
²]
05:00 07:00 09:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00 21:00
Solar to Electric Efficiency (gross)
Direct Normal Radiation
Thermal Solar Field Efficiency -
Solar Efficiencies Measured at SEGS VI on July 1997 by KJC Operating Company
95
96
97
98
99
100
Ava
ilabi
lity
- %
1995 1996 1997 1998 1999
III IV V VI VII
Alta disponibilidad
Altas eficiencias solares y la electricidad solar más barata
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
1985
1986
1987
1988
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2001
2002
2003
Pro
ducc
ión
eléc
trica
net
a [G
Wh]
Anual GWh
Acumulada GWh
13 13 TWheTWhe desdedesde 19861986
Última planta construida
1010
Las barreras para entrar en el mercado
Ausencia de regulaciones y tarifas favorables.Muy pocas referencias con despacho a red.Carencia de tecnologías apropiadas para generación directa de vapor.Receptores solares con periodos muy limitados de operación.Primeras opciones prometedoras para almacenamiento térmico pero difíciles de manejar.Concentradores solares con buenas prestaciones pero modestas reducciones de costes.Alta percepción de riesgo tecnológico.La mayoría de las tecnologías a falta de escalación.
1111
La construcción de plantas ha comenzado de nuevo
1212
1313
EEA/NREA
KJCWorld Bank
ONECFE RSCPL
Proyectos de plantas CET híbridas solar-fósil
CEPEL
NIROO
Solar Heat&Power
NEAL
LOCATION Cycle Solar Technology Solar Cap. MW Aperture [m²]Algeria Combined Cycle Trough 54 400’000Egypt Combined Cycle Trough 35 200’000India Combined Cycle Trough 35 200’000Mexico Combined Cycle Investor’s Choice >25 200’000Morocco Combined Cycle Investor’s Choice 30-50 200’000Iran Combined Cycle Trough 67 500’000Brazil Combined Cycle Investor´s Choice ? ?Australia Regenerative Rankine Linear Fresnel 35 132’500
1414
ABENGOASolargenixAcciona
ACS
SENER
Iberdrola
Solel
ESKOM
LOCATION Cycle Solar Technology Solar Cap. MW Aperture [m²] Spain (>20) Steam Cycle Trough (Andasol-type) 50 549’360Spain Steam Cycle Tower (Solar Tres) 17 285’200Spain Saturated steam Tower (PS10) 10 88’290South Africa Steam Cycle Solar Tower 100 1’100’000Israel Steam Cycle Trough 50 500’000USA Steam Cycle Trough (Solargenix) 64 ?Portugal Saturated steam CLFR 6.5 ?
SAMCAACCIONA
Proyectos de plantas CET sólo solar
SHP
1515
1616
Iniciativas en el Magreb: El enorme potencial de Argelia
1717
Iniciativas en el Magreb: La conexión CET Africa-Europa
Redes de distribución en alta tensión
Fuente: M. Geyer (SolarPACES)
Ain
Beni
Mathar
Hassi
R’mel
1818
PenetraciPenetracióónn de la de la energenergííaa solar solar termoeltermoelééctricactrica en el en el mercadomercado TodavTodavííaa en la en la curvacurva de de aprendizajeaprendizaje
I+DSubven.
Demo
IEA SSPS, CESA-I
SOLAR ONE
SOLAR TWO
PrimasCalifornia
2700kWh/m²a
SEGS-ISEGS- II
SEGS VIII-IX
PreciosVerdes
I+D yfase de-
mostración
MercadoPrimas
California
MercadosPrimas
Europeos
MercadosVerdesElectricidad
AndaSol 1
AndaSol N
Solar TresPS10
Próximas generaciones tecnológicas
Nueva entrada en mercado
PrimasEspaña2000 kWh/m².a
1980 1990 2000 2010 2020
Cos
te d
e ge
ner
ació
n s
olar
en
c€/
kWh
15
25
50
8
100
Objetivo: 15 GW en 2020 y 6-8 c€/kWh
Europa: La nueva oportunidad de mercado
1919
Europa: La nueva entrada en el mercadoEuropa: La nueva entrada en el mercado(Por donde van los tiros)(Por donde van los tiros)
Primera generación de plantas
Objetivo prioritario: Fiabilidad operacional
Ciertas innovaciones aflorando ya:1) La generación directa de vapor (PS10 y DSG)2) Grandes sistemas de almacenamiento térmico
(Configuración tipo “Andasol”)3) Uso de fluidos alternativos, como las sales fundidas
(Solar Tres)4) Uso de concentradores lineales por reflexión tipo
Fresnel (STEP-Tavira)5) Menor impacto ambiental y consumo de agua
2020
11.0MWe
Heliostat Field
Solar receiver
Steam Storage System
40 bar, 250ºC»Steam
Drum
Turbine
Heliostat Field
Steam Storage System
Steam
Condenser0,06 bar, 50ºC
SteamDrum
Turbine
≈11.0MWe
Heliostat Field
Solar receiver
Steam Storage System
40 bar, 250ºC»Steam
Drum
Turbine
Heliostat Field
Steam Storage System
Steam
Condenser0,06 bar, 50ºC
SteamDrum
Turbine
≈
PLANTA PS10: Generación directa de vapor
VAPOR SATURADO
•Conservadurismo termodinámico
•Factor de capacidad limitado
•Penaliza O+M del bloque de potencia
2121
La Generación Directa de Vapor (GDV)
Sobrecalentador
Generador de vapor
.
Desgasificador
RecalentadorDep. expansión aceite
Caldera auxiliar
Campo de colectores Solares
Turbina de vapor
Condensador
Aceite a 295 ºC
Aceite a 390 ºC
Vapor a 104 bar/371 ºC
Circ
uito
de
acei
te
Planta tradicional con aceite
G
Caldera auxiliar
Campo de
colectores Solares
Desgasificador
Condensador
Turbina de vapor
Planta GDV futuraVapor a 104 bar/371 ºC
Agua a 114 bar / 120 ºC
G
2222
KJC plants
Turbina de vapor
Condensador
Precalentador de presión baja
Desaireador
Sobrecalentador
Precalentador solar
Recalentador solar
Generador de vapor
Tanque de expansión
Depósito desal caliente
Colectores Solares
Depósito desal fria
Almacenamiento de dos tanques de sal
66--7 horas de 7 horas de almacenamiento almacenamiento ttéérmicormico
AndaSolAndaSol: El reto de introducir almacenamiento en plantas de aceite : El reto de introducir almacenamiento en plantas de aceite
••3600 horas3600 horas••IntegraciIntegracióón circuito n circuito y almacy almacéén de salesn de sales
2323
PLANTA SOLAR TRES
••AltAltíísimo factor de capacidadsimo factor de capacidad••Gran potencial de producir la electricidad solar mGran potencial de producir la electricidad solar máás baratas barata••Receptor y circuito de sales como tecnologReceptor y circuito de sales como tecnologíía clavea clave
2424
Receptor/Absorbedor Solar
Rangos de funcionamiento de distintos tipos de receptores solares (Autor: A. Kribus)
0
500
1000
1500
2000
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Presión (bar)
Tem
pera
tura
(ºC
)
Volu-métrico
Futuros desarrollos
Tubular de cavidad
Tubular externo
Tubo lineal (CP)
Nuevos tubos absorbedores sin soldaduravidrio-metalNuevo recubrimientos selectivos con menor emisividad (ε<0,1 a 400ºC) y mayor durabilidad.Receptores solares en torre para vapor sobrecalentado.Nuevas generaciones de receptoresvolumétricos con efficiencias superiores al 85%.Sales fundidas todavia por demostraroperación rutinaria y altos flujos.
2525
• Mas de un 70% de ocupación del suelo.
• >180 MWe por km2, • Reflectores por debajo de €80
por m2.• Futuro ligado a la generación
directa de vapor.• Menores eficiencias• Tubo absorbedor en desarrollo
Fresnel: LIDDEL en Australia y STEP en Portugal
6.5 MW en promoci6.5 MW en promocióón en n en TaviraTavira (Portugal) por SHP y (Portugal) por SHP y EnerpuraEnerpura
2.8 2.8 €€//WpWp
1.2 Ha/1.2 Ha/MWpMWp
Vapor saturado a 250Vapor saturado a 250ººCC
Prototipo MAN en la PSA
2626
SISTEMAS EFICIENTES DE ENFRIAMIENTO SIN CONSUMO DE AGUA
REFRIGERACIÓN POR AIRE
SISTEMA HELLER
Extra-coste 0,01 €/kWh
2727
¿Son competitivas las CET?
Mer
cado
may
oris
ta
Mer
cado
m
inor
ista
10 20 30 40 50Generación eléctrica Costes en cent$/ kWh
Mini-hidráulica
Solar Fotovoltaica
Concentración Solar
Biomasa
Geotérmica
Eólica
2828
40
80
50
60
100
2005 2010 2015 2020 2025 Año
70
Cos
tede
pro
ducc
ión 90
EscaladoEscalado15%15%
I+D+iI+D+i60%60%
Series y Series y mercadomercado25%25%
Impacto de la innovación en la reducción de costes
2929
Beneficios con I+D adicional
17.2
6.7
12.7
5.0
0
5
10
15
20
cent
s€/k
Wh
Seville, Spain 2000 kWh/m²a
Desert climate 2700 kWh/m²a
CSP cost reduction
Today2020
0.14
0.17
0.30
00.10.20.30.40.50.60.7
Relative costreduction
Technicalinnovation
Scaling of unitsize beyond 50MWVolumeproduction
0.61
0%
10%
20%
30%
40%
50%
Trough
with
HTF
Trough
DSG
CRS molt
en sa
lt
CRS satur
ated s
team
CRS atmos
pheri
c air
CRS pres
suriz
ed ai
r / so
lar
Dish en
gine
rela
tive
cost
redu
ctio
n
optimistic cost reduction estimationpessimistic cost reduction estimation
Technology Priority A ΔLEC Priority B ΔLEC Priority C ΔLEC Trough using oil
concentrator structure and assembly
7-11% Low cost storage system advanced reflectors and absorber
3-6 % 2-6%
increase HTF Temp reduce parasitics
1 - 3 % 2 – 3 %
Trough DSG
scale increased to 50 MW system Concentrator structure, and assembly
14 % 7-11%
Advanced Storage advanced reflectors and absorber
3-6% 2-6%
Increase HTF Temp reduce parasitics
1 - 3 % 2 – 3 %
SCR Salt scale increased to 50 MW heliostat size, structure,
3 -11% 7 -11%
Advanced mirrors
2 -6%
advanced storage
0 -1 %
ECOSTAR
http://www.vgb.org/en/research_project252.html
3030
PSA: 25 aPSA: 25 añños de innovacios de innovacióón sostenidan sostenida
EUROTROUGH, DISS, DISTOR, INDITEP, EURODISH, EUROTROUGH, DISS, DISTOR, INDITEP, EURODISH, SOLAIR, SOLGATE, SOLHYCOSOLAIR, SOLGATE, SOLHYCO
3131
CONCLUSIONES
•
El paso a la madurez de la electricidad a partir de fuentes renovables requiere aumentar capacidad y adaptación a la demanda.
•
Las CET ofrecen un portafolio de opciones de integración con almacenamiento térmico o con hibridación.
•
Las opciones libres de CO2
requieren sistemas baratos de almacenamiento térmico.
•
Las plantas híbridas permiten una penetración más rápida y una conexión con el norte de Africa.
•
Las CET contribuirían a integrar las redes eléctricas del Norte y el Sur del Mediterráneo.
•
Gran potencial de reducción de costes, con importante contribución del I+D