Potencial energía.pdf

Coordinador de la edicin de Estudios Tcnicos PER 2011-2020: Jaume Margarit i Roset, Director de Energas Renovables de IDAE

Ttulo: Evaluacin del potencial de energa solar termoelctrica. Estudio Tcnico PER 2011-2020

Madrid, 2011

Direccin: Valeriano Ruiz (AICIA), Manuel Blanco (CENER), Agustn Maraver (IDOM)

Autores: AICIA: Valeriano Ruiz, Manuel Silva, Isidoro Lillo, Sara Moreno, Jos Domnguez. CENER: Manuel Blanco, Lourdes Ramrez, Marcelino Snchez, Javier Garca-Barberena, Pierre Garca, Edurne Pascal. IDOM: Agustn Maraver, Beatriz Crdenas, Artemi Regidor, Joaqun Muoz, igo Pallardo, Silvia Luna

Coordinacin y revisin IDAE: Carlos Montoya, David Poza

El presente estudio ha sido promovido por el IDAE en el marco de la elaboracin del Plan de Energas Renovables (PER) en Espaa 2011-2020. Aunque el IDAE ha supervisado la realizacin de los trabajos y ha aportado sus conocimientos y experiencia para su elaboracin, los contenidos de esta publicacin son responsabilidad de sus autores y no representan necesariamente la opinin del IDAE sobre los temas que se tratan en ella.

NDICE 4 Introduccin

7 La energa solar termoelctrica

38 Definicin de las tecnologas de referencia

50 Anlisis de costes

99 Metodologa de anlisis del potencial

159 Resultados

207 Conclusiones y recomendaciones

1 Introduccin

Introduccin

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En este informe se presenta un estudio sobre la eva-luacin del potencial de las principales tecnologas elctricas termosolares, en la Espaa peninsular. Ha sido realizado para el IDAE por la Unin Temporal de Empresas constituida al efecto entre el Centro Nacional de Energas Renovables (CENER), la Aso-ciacin de Investigacin y Cooperacin de Andaluca (AICIA) y la ingeniera IDOM.

El estudio proporciona informacin detallada sobre las previsiones de la evolucin tcnica, de costes y de la potencia instalada en nuestro pas de las cuatro tecnologas elctricas termosolares ms importan-tes: concentradores lineales de Fresnel (CF), canal parablico (CP), sistema de torre o receptor central (RC) y discos parablicos (DP).

Tambin proporciona informacin sobre los poten-ciales mximos totales, disponibles y accesibles que en Espaa tienen, en estos momentos, cada una de las referidas tecnologas. En todos los casos en los que la informacin tiene una dependencia espacial, dicha informacin se proporciona georreferenciada, de forma que pueda integrarse fcilmente en Siste-mas de Informacin Geogrfica (SIG). Los resultados se dan a nivel global, por comunidades autnomas y por provincias.

En el captulo 2 se presenta el sistema energtico en general y la importancia de las tecnologas solares termoelctricas en su desarrollo futuro. Como es lgico en un estudio de este tipo, se describen con cierto detalle las cuatro tecnologas con presencia en el mercado espaol actual y se analizan las pers-pectivas de futuro de cada una de ellas.

El captulo 3 se dedica al establecimiento de cen-trales y tecnologas de referencia sobre las cuales poder analizar en los captulos siguientes el com-portamiento tcnico, energtico y econmico a partir de los cuales se puede estudiar la sensibilidad de cada tecnologa y centrales a las posibles varia-ciones en el futuro. Se han escogido dos tipos de centrales de la tecnologa de canal parablico, una sin almacenamiento y otra con 6 horas de almace-namiento a potencia nominal, es decir que podra generar electricidad durante seis horas a la potencia nominal de la central utilizando la energa trmica almacenada.

Por lo que respecta a las tecnologas de receptor central (o de torre) la eleccin ha sido la misma, central sin almacenamiento y con seis horas de almacenamiento. Aunque siempre se ha elegi-do como referencia una central que ya exista en

funcionamiento, en este caso se ha tomado una cen-tral que no existe en funcionamiento todava, ni por tamao (50 MW) ni por otros detalles (fluido de tra-bajo sobre todo). Pero teniendo en cuenta las que hay en funcionamiento y en construccin se puede aceptar este tipo de propuesta como posible reali-zacin en un corto periodo de tiempo.

En los concentradores lineales de Fresnel se ha hecho la hiptesis de una central de 30 MW con ge-neracin directa de vapor aunque no hay todava ninguna en funcionamiento; hay una en construc-cin y otra de menor tamao generando electricidad.

En cuanto a los discos parablicos, aunque a nivel de Espaa no hay ninguna central en operacin, la hay en Estados Unidos y en Espaa est en cons-truccin otra, junto a una pequea de ensayo de 1,5 MW. La central de referencia en estas tecnologas se ha decidido que sea una agrupacin de 400 dis-cos de 25 kW con lo cual finalmente la potencia sera de 10 MW.

El anlisis de costes y los aspectos econmicos son tratados en el captulo 4 estableciendo el coste eco-nmico normalizado (en ingls, LEC), es decir lo que debera costar el kWh en condiciones razonable de radiacin y del mercado en general. Realmente ha sido interesante tratar este asunto para dar cifras econmicas en torno a los costes actuales y las po-sibles disminuciones que se van a producir si, como es de esperar, se sigue avanzando en la mejora de las tecnologas.

Probablemente el captulo ms sustancioso de todo el estudio sea el 5 en el que se establecen y se ex-plican las metodologas que se han aplicado para determinar los correspondientes potenciales: total, disponible y accesible.

En primer lugar se ha calculado la distribucin de la componente directa de la radiacin solar en todo el territorio peninsular mediante procedimientos en los que los autores llevan trabajando ms de trein-ta aos tanto en el plano terico como en el de las medidas experimentales. En concreto se ha partido de la distribucin espacial y temporal de la irradia-cin global en plano horizontal obtenida a partir de imgenes de satlite, y contrastada y valorada con medidas muy fiables en tierra. A partir de esos va-lores se ha obtenido la componente directa normal (IDN en espaol, DNI en ingls) en pixeles de 5x5 km con lo cual, y una vez aplicados los valores al co-rrespondiente territorio, se ha obtenido el potencial total que luego ha habido que aplicar a cada una de

IDAE-AICIA-CENER-IDOM

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las tecnologas para en el captulo 6 (resultados) dar los valores anuales correspondientes.

A este potencial total se le han aplicado filtros de re-duccin del territorio disponible para la instalacin de centrales como consecuencia de limitaciones de distinta naturaleza que vienen impuestas por la le-gislacin nacional o autonmica correspondiente. El resultado de la aplicacin de estos filtros nos da lo que hemos llamado el potencial disponible que aparece concretado en el captulo 6; tanto el valor total en todo el territorio peninsular espaol como su distribucin por tecnologas, por comunidades autnomas y por provincias.

Finalmente, en este captulo tambin se establece un potencial accesible entendiendo por tal el que tiene en consideracin los aspectos econmicos ya explicados en el captulo 4 al que hemos hecho refe-rencia antes. Es evidente que este potencial corrige el anterior y puede ser de mayor inters para los po-sibles promotores y administraciones. Tambin se presentan los resultados en el captulo 6.

Como el captulo 6 ya ha sido citado en lo ante-rior cuando nos hemos referido al captulo 5, solo cabe mencionar que la mayor parte del captulo son mapas y tablas que pueden ser consultados para co-nocer los resultados del estudio.

El ltimo captulo del libro es de resumen y con-clusiones. stas, como era de esperar, se pueden condensar en una:

Espaa es un pas con el suficiente recurso solar para que las tecnologas de generacin de electri-cidad mediante centrales termosolares se hayan desarrollado gracias a un inters continuado de todos los actores, administracin, investigadores y empresasy hoy se apunte a una capacidad de sustitucin de centrales de generacin altamente contaminantes aprovechando la principal ventaja de estas tecnologas: su gobernabilidad por parte del regulador del sistema elctrico.

Pero, adems, esta realidad y estas perspectivas colocan a las empresas espaolas en la mejor si-tuacin para hacerse con el mercado internacional que se vislumbra, y en el que ya estn por derecho propio.

2 La energa solar termoelctrica


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2.1 EL SISTEMA ENERGTICO Y LAS CENTRALES ELCTRICAS TERMOSOLARES

2.1.1 El papel de las tecnologas termosolaresA finales del ao 2004, cuando se ultimaba la elabo-racin del PER 2005-2010, en Espaa solo haba una instalacin de electricidad termosolar conectada a la red: el disco parablico con motor Stirling de 10 kW de potencia, ubicado en la Escuela Tcnica Superior de Ingenieros de Sevilla. Hoy, a mediados de 2010, la situacin es muy distinta: hay ya 432,4 MW en ope-racin, esperndose sobrepasar los 800 MW al final de este ao y los 2.300 MW a final de 2013. El fuerte despegue de las tecnologas elctricas termosolares durante el perodo de vigencia del PER, superando con creces los objetivos planteados, augura un papel destacado para las mismas en el perodo 2011-2020, a pesar de las incertidumbres existentes que debern resolverse pronto. Sin embargo, parece conveniente revisar aqu, con espritu crtico, algunos aspectos del proceso de despliegue de las tecnologas elctri-cas termosolares que ha tenido lugar hasta la fecha, de cara a definir polticas energticas sostenibles y coherentes.

Despliegue en el sistema energtico actual

El sistema energtico se encuentra inmerso en un proceso de rpida evolucin. La necesidad es evidente, ya que el sistema energtico actual se ca-racteriza, muy visiblemente, por su insostenibilidad, derivada del abuso de recursos agotables y que en-tre otras manifestaciones tiene una incidencia de primer nivel en uno de los principales problemas de la Humanidad: el calentamiento global, como con-secuencia, en gran medida, de la emisin de gases de efecto invernadero, producidos en gran propor-cin por el sistema energtico.

El proceso de sustitucin gradual de las fuentes de energas agotables, en particular combustibles fsi-les, por otras renovables parece imparable en el sector

elctrico. En la ltima dcada hemos asistido en Espa-a a un espectacular proceso de crecimiento del parque de generacin elico, al que ms tarde se han unido las instalaciones fotovoltaicas y termosolares y las que emplean biomasa o sus derivados como combustibles, que participan tanto en el sistema elctrico como en la generacin de calor de proceso, con cantidades bas-tante significativas en ambos casos.

Este proceso de sustitucin de fuentes de ener-gas agotables por fuentes de energas renovables se ha visto impulsado y favorecido por una serie de medidas cuyo xito, en trminos generales, es indiscutible. En particular, y centrndonos en la termosolar, los Reales Decretos (RDs) 436/2004 y 661/2007 han propiciado no slo la creacin de las condiciones que han permitido la materializacin de un buen nmero de proyectos, sino el desarrollo de un sector de enorme potencial que Espaa lide-ra a da de hoy.

Sin embargo, el proceso muestra algunas carac-tersticas que deben tenerse en cuenta de cara al futuro. La primera y ms notoria es el hecho de que ms del 90% de la capacidad de los proyectos prea-signados corresponde a instalaciones de tecnologa de canales parablicos, que emplean aceite trmico como fluido de trabajo. La situacin de hegemona de esta tecnologa concreta se debe, principalmen-te, a dos razones:

1 La mayor madurez comercial de la tecnologa, desarrollada en los aos 80 y que cuenta como referencia principal con las nueve plantas SEGS (Solar Electric Generating Systems) de California.

2 La mayor facilidad de financiacin de los proyec-tos basados en esta tecnologa, en parte como consecuencia del hecho anterior y del marco de incentivos vigente en Espaa.

Pero si miramos a otros pases, en particular a Es-tados Unidos, donde se est gestando un proceso de gran potencial, observamos una diversidad mucho mayor en las tecnologas propuestas para los diver-sos proyectos que all se estn planteando, con una presencia muy importante de los sistemas de recep-tor central, discos parablicos con motor Stirling y concentradores lineales de Fresnel.

Es evidente que, siendo la tecnologa que actual-mente se est implantando en Espaa, bsicamente, la misma que la empleada en las plantas SEGS1,

1 Con la notable diferencia de la inclusin en muchos proyectos de sistemas de almacenamiento trmico en sales fundidas, lo que supone una innovacin muy significativa con respecto a la tecnologa SEGS

La energa solar termoelctrica

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Espaa corre el riesgo de disponer en el futuro de un parque termosolar obsoleto en trminos tecno-lgicos. Urge, pues, la adopcin de medidas que propicien el desarrollo de una mayor innovacin tecnolgica.

La segunda caracterstica es consecuencia directa de las condiciones impuestas por la legislacin: casi todas las instalaciones que se estn plan-teando en Espaa tienen una potencia elctrica nominal de 50MW, que es la mxima permiti-da por el Rgimen Especial. De hecho, es ms que probable que, si el marco regulatorio espaol lo permitiese, la industria tienda a incrementar sustancialmente la potencia nominal de las insta-laciones, persiguiendo la optimizacin econmica de cada proyecto en particular y no la del siste-ma energtico en su conjunto, dado que, para una central concreta, un mayor tamao del bloque de potencia suele implicar una mayor eficiencia y unos menores costes unitarios, tanto de inver-sin como de operacin.

No obstante, es de sobra conocido que la optimi-zacin parcial e independiente de los subsistemas no garantiza la optimizacin del sistema en su conjunto, por lo que, desde una perspectiva ms global, no est tan claro si lo conveniente es pro-mover legislacin que promueva la implantacin de centrales de mayor potencia, o la implantacin de centrales incluso de menor tamao que las actuales, pero que incorporen cogeneracin e hi-bridacin con otras tecnologas renovables y sean ms congruentes con el sistema energtico del futuro, hacia el que se desea evolucionar y que se presiente mucho ms distribuido, integrado, efi-ciente e inteligente que el actual.

Finalmente, no podemos dejar de mencionar otro hecho significativo del modelo de despliegue de las centrales elctricas termosolares en Espa-a: la prctica totalidad de las instalaciones son hbridas. Aunque de forma no demasiado cons-ciente, ni suficientemente til: hacen uso de la posibilidad legal de emplear, hasta ciertos lmi-tes, un combustible auxiliar. Aunque las razones econmicas para hacer uso de esta opcin son evidentes, no lo son menos las de tipo tecnolgi-co, pues la hibridacin facilita la operacin estable y previsible de las instalaciones termosolares. A da de hoy, este combustible auxiliar es gas natu-ral en todos los casos, aunque el RD 661 abri la posibilidad del empleo de biomasa, ampliando el

rango de hibridacin, posibilidad que est sien-do explorada por numerosas empresas de cara a proyectos futuros que deberan ser potenciados por la Administracin.

De nuevo se constata, en el tema de hibridacin, como anteriormente se hizo en el tema del tamao de las centrales, una reproduccin por parte de la industria de los patrones de comportamiento tra-dicionales. Hoy por hoy, es claro que el proceso de desarrollo del sector termosolar se est basando en la reproduccin de los esquemas del pasado: generacin centralizada en instalaciones de gran capacidad. Para corregir esto, parece conveniente un replanteo del marco regulatorio para tratar de primar y potenciar los conceptos de planta avanza-dos, anteriormente apuntados.

La termosolar y el sistema energtico del futuro

La sustitucin de fuentes de energa agotables y contaminantes por fuentes renovables no es la nica modificacin que est experimentando el sistema energtico. Centrndonos en el sistema elctrico, podemos observar que su estructura es fuertemente centralizada y jerrquica: grandes centrales de generacin normalmente aleja-das de los puntos de consumo, conectadas con estos a travs de un esquema jerrquico de re-des de transporte y distribucin. Esta estructura es intrnsecamente ineficiente y propicia la in-solidaridad, adems de plantear problemas de seguridad de suministro.

En efecto, no solo tenemos que tener en cuenta las prdidas asociadas al transporte y distribu-cin de electricidad a travs de grandes redes, sino que la proliferacin de grandes instalaciones distantes de los centros de consumo dificulta con-siderablemente imposibilita en la mayor parte de los casos el aprovechamiento del calor residual de los procesos de generacin de electricidad, es decir, la cogeneracin. As, el rendimiento global del sistema energtico sigue siendo muy bajo, a pesar de las mejoras tecnolgicas de las ltimas dcadas.

La insostenibilidad de esta estructura actual es evidente. El sistema energtico necesita evolu-cionar hacia una nueva estructura, fuertemente descentralizada o distribuida, con aprovecha-miento de los recursos energticos locales y proximidad de los centros de generacin a los


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puntos de consumo. Esta nueva estructura ser ms sostenible, solidaria y potencialmente ms eficiente, al permitir y propiciar el desarrollo de aplicaciones de cogeneracin en sectores tan di-versos como la industria, los servicios o incluso el sector residencial.

Este sistema energtico futuro debera basarse en el aprovechamiento de recursos energticos distribuidos, principalmente pero no exclusiva-mente renovables, en la cogeneracin y en la hibridacin.

La evolucin del sistema energtico durante los ltimos aos apunta en esa direccin, aunque la transicin est siendo en muchos casos desor-denada, est sometida a importantes altibajos y tiene que hacer frente a resistencias considera-bles. En esta transicin coexisten necesariamente mecanismos y esquemas propios del sistema energtico tradicional con elementos que propi-cian la evolucin del sistema.

El papel del sector termosolar en Espaa en este proceso es reflejo de lo anteriormente expues-to: siendo una tecnologa basada en el empleo de una fuente energtica renovable y muy distri-buida en el territorio, reproduce elementos del sistema tradicional, al desarrollarse principal-mente segn esquemas centralizados, con los nicos lmites que impone la regulacin del R-gimen Especial. Como se ha sealado, al margen de posibles razones de carcter tecnolgico, los principales motivos para que el desarrollo se est produciendo segn estos esquemas son de ndo-le econmica y financiera, cuando no de simple inercia mental de los actores principales.

Pero las tecnologas termosolares tienen unas caractersticas que las hacen, en mayor o me-nor medida, idneas para un sistema elctrico descentralizado: todas son modulares unas en mayor medida que otras, admiten e incluso se ven beneficiadas por la hibridacin, y encajan per-fectamente en esquemas de cogeneracin.

Para que se aproveche este potencial es preciso establecer mecanismos que, como mnimo, de-jen de penalizar la innovacin penalizacin que se produce, de hecho, en el sistema actual al di-ficultar la financiacin de proyectos innovadores. La innovacin y la eficiencia deben estar promo-vidas mediante estmulos y objetivos razonables y reales, con una lgica basada en criterios de sostenibilidad fsica y no solo econmica.

2.1.2 Escenarios analizadosPara la realizacin del presente estudio nos plan-teamos la reflexin presentada en el apartado anterior, acerca de cmo el sector termosolar en Espaa est reproduciendo el sistema tradicional, basado en la generacin centralizada en instalacio-nes de gran capacidad, limitadas tan slo por las restricciones que impone la legislacin.

Aunque es evidente que la estructura actual es poco sostenible, la definicin del escenario de tra-bajo para evaluar el potencial en Espaa en el rea elctrica termosolar, fijando como horizonte el ao 2020, no puede hacerse de espaldas a esta situa-cin. Por ello, se han establecido los dos escenarios principales de trabajo, el Escenario tendencial y el Escenario de eficiencia, que se describen a continuacin.

Escenario tendencial

El escenario que hemos llamado tendencial es, precisamente, el que reproduce el sistema tradi-cional, basado en la generacin centralizada en instalaciones de gran capacidad, slo limitadas por la regulacin del Rgimen Especial.

En este escenario se han considerado instalacio-nes con una potencia elctrica nominal de 50 MW, la mxima permitida por el Rgimen Especial, ubicadas fuera de los ncleos de poblacin y en terrenos con espacio suficiente para la construc-cin de grandes instalaciones.

Como se ha sealado, al margen de posibles razo-nes de carcter tecnolgico, los principales motivos para que el desarrollo se est produciendo segn estos esquemas son de ndole econmica y finan-ciera y no de eficiencia y economa del sistema energtico en su conjunto.

No obstante, dada la tendencia actual de la indus-tria en esta direccin y el relativamente cercano horizonte temporal de este estudio, este escenario tendencial es el analizado con mayor profundidad y grado de detalle.

Escenario de eficiencia

El escenario de eficiencia se puede definir como el opuesto conceptualmente al tendencial. En este escenario se deberan considerar instalaciones pequeas, ubicadas dentro o en las proximida-des de los centros de consumo y con una potencia


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elctrica nominal adaptada, en cada caso, a las ne-cesidades del consumidor.

Un anlisis sistemtico de este escenario es, desgraciadamente, mucho ms complejo que el anlisis del escenario tendencial e imposible de abordar en el mbito de este estudio. La flexibili-dad que este escenario presupone en la definicin de las centrales multiplica enormemente la casus-tica a analizar, desde todos los puntos de vista. A esta dificultad, hay que aadir la falta de datos so-bre los parmetros tcnicos y econmicos de las diferentes instalaciones termosolares que mejor se podran adaptar al escenario.

An as, se avanzan en este estudio, de forma com-plementaria, algunos resultados relacionados con este posible escenario de eficiencia y, sobre todo, se deja planteada la necesidad de estudiar este tema en el futuro con el mayor detalle posible, ya que ello proporcionara una clara perspectiva del verdadero alcance del cambio de sistema que pro-pugnamos los autores de este trabajo.

2.2 ESTADO ACTUAL Y PERSPECTIVAS DE FUTURO DE LAS TECNOLOGAS TERMOSOLARESEn el presente apartado se describe, brevemen-te, la tecnologa termosolar para produccin de energa elctrica en su conjunto, as como las diferentes opciones tecnolgicas existentes. Se proporcionan, tambin, algunas ideas sobre las perspectivas de futuro de esta tecnologa y las principales barreras a las que se enfrenta.

Como se muestra en la Figura 1, una central elc-trica termosolar transforma la radiacin solar directa en energa elctrica, mediante la con-versin previa de la energa solar en trmica. En primer lugar, la radiacin solar directa es captada en el sistema concentrador, que la lleva sobre la apertura de entrada del sistema receptor, donde es transformada en energa trmica (incremen-to de entalpa) de un fluido de trabajo, para pasar al bloque de potencia donde dicha energa trmi-ca es transformada en trabajo y ste en energa

elctrica. Estos procesos implican la utilizacin de varios dispositivos que, frecuentemente, inclu-yen sistemas de intercambio trmico que trabajan con diferentes fluidos. En lugar de convertir de in-mediato la energa trmica en elctrica, tambin, es posible almacenar, parcial o totalmente, dicha energa trmica para su transformacin en elc-trica en un momento posterior. La hibridacin de la planta con otra fuente de energa convencional o renovable que aporte su contribucin energtica de forma alternativa o simultnea a la contribu-cin solar es una solucin energtica excelente, por la posibilidad de conseguir una completa ges-tionabilidad de la central.Figura 1. Esquema de una instalacin solar termoelctrica

Energatrmica

Concentrador

Radiacinsolar (DNI)

Energaelctrica

Radiacinconcentrada

Calderaauxiliar

Sistema dealmacenamiento

Receptor

Sistema deconversinde potencia

Combustible/Biomasa

G

Las principales tecnologas de captacin de la ra-diacin solar directa son las siguientes: canales parablicos, concentradores lineales de Fresnel, sistemas de receptor central (torre) y discos para-blicos. Un esquema grfico de cada una de estas tecnologas se puede ver en la Figura 2:


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Figura 2. Configuraciones posibles de las plantas solares trmicas

Cilindros parablicos

Tubo receptor

Tuberas

Reflectoresparablicos

Lineal de Fresnel

Tubo absorbedor yreconcentrador

Espejocurvado

Receptor central

Receptor

Heliostatos

Disco parablico

Receptor/Motor

Reflector

Aunque no se conoce con exactitud el precio de generacin de estas energas, es evidente que los costes de la tecnologa elctrica termosolar es-tn, actualmente, por encima de los de una central de generacin elctrica convencional. Esto es as, sobre todo, porque estas ltimas se abastecen de energas muy concentradas, lo que les permite uti-lizar dispositivos de transformacin energtica muy compactos, que requieren mucha menos cantidad de material; porque llevan ya mucho tiempo desa-rrollndose y han tenido tiempo de optimizar sus costes y, finalmente, porque no incorporan los cos-tes ambientales en los que incurren.

El diagnstico realizado en un estudio promovido por el Banco Mundial [The World Bank, 1999] sita el coste directo de capital de una central elctrica ter-mosolar (CET) entre 2,5 y 3,5 veces el coste de una planta trmica convencional. Adems, la electricidad

generada se estima que puede tener un coste en-tre 2 y 4 veces superior, dependiendo, obviamente, de cmo se hagan las cuentas, de los tiempos de amortizacin que se consideren, o de si se hacen las correcciones necesarias para tener en cuenta los apoyos pblicos que las tecnologas conven-cionales con las que se hace la comparacin han recibido en el pasado. No obstante, con independen-cia de estos importantes detalles, la conclusin a la que llegan todos los estudios realizados hasta la fe-cha es que es evidente que el potencial de reduccin de costes que las tecnologas elctricas termosola-res ofrecen resulta significativo, esperndose que, a medio plazo, los costes de la electricidad generada por medios termosolares alcancen la paridad con los precios de mercado.

Se puede decir que entre las diversas tecnologas existentes para la generacin elctrica mediante


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energa solar, nicamente la tecnologa de canales parablicos ha alcanzado cierto grado de madurez en el mercado. Esta tecnologa se encuentra ade-ms entre las tecnologas renovables con menor coste de produccin elctrica y aspira, a medio pla-zo, a compararse en trminos de rentabilidad con las centrales convencionales de combustibles fsi-les de tamao medio.

Con dos dcadas de operacin, las plantas de cana-les parablicos parecen ser hasta la fecha la opcin de mercado ms creble en el marco de las tecno-logas de centrales elctricas termosolares. As, la gran mayora de proyectos ejecutados o pues-tos en marcha en los dos ltimos aos son de esta tecnologa.

Salvo evoluciones tecnolgicas imprevistas, la elec-tricidad termosolar y los sistemas termosolares de concentracin, en general, parecen tener un papel cierto e importante en el sistema energtico del futuro. Este sistema que hemos catalogado como el del escenario de eficiencia en el captulo ante-rior, a diferencia del actual, ser probablemente ms descentralizado y diversificado, con una pro-porcin cada vez mayor de energas renovables, ms racional, eficiente y solidario. La electricidad termo-solar, de carcter 100% renovable, puede aportar, gracias a su capacidad de almacenar la energa tr-mica o de hibridarse con otras fuentes energticas combustibles fsiles o derivados de la biomasa una buena dosis de la estabilidad que el sistema elctrico requiere. Naturalmente, estas excelentes expectativas dependen de la consecucin de un cos-te de generacin razonable, comparable en trminos equitativos; es decir, teniendo en cuenta los benefi-cios diferenciales de la electricidad termosolar, con otras tecnologas, basadas o no en fuentes energ-ticas renovables.

Pero, como el sistema energtico, las tecnologas termosolares deben tambin evolucionar y adap-tarse. A corto plazo el reto es claro: la reduccin de costes es un imperativo para la consolidacin del sector. Las medidas de apoyo que han favorecido el desarrollo de la industria termosolar en Espaa y otros pases tienden a decrecer y tienen fecha de caducidad; eso a pesar de que acaban de iniciar su desarrollo. El coste de la electricidad generada en las centrales elctricas termosolares debe tender, lo ms rpidamente posible, a igualarse con el de la electricidad convencional, que por otra parte va en una clara senda ascendente. Para conseguirlo hay dos vas no necesariamente antagnicas, sino

ms bien complementarias: la reduccin de costes de materiales y equipos y la mejora del rendimien-to de la transformacin de energa solar en energa elctrica.

Aunque, a corto plazo, el mayor esfuerzo se est centrando en conseguir una reduccin de costes que permita competir con otras tecnologas, convencio-nales o no, el futuro de las tecnologas termosolares est en el aprovechamiento de sus caractersticas ms notables:

La posibilidad de alcanzar altas temperaturas y consiguientemente rendimientos elevados por medio de la concentracin solar.

La capacidad de integrar un sistema de almacena-miento trmico eficiente o de hibridarse con otras fuentes energticas para garantizar la gobernabi-lidad de las centrales y facilitar su integracin en el sistema elctrico.

El carcter esencialmente distribuido del recurso solar y la disponibilidad de tecnologas adecuadas para su aprovechamiento ptimo, tambin distri-buido. Este aprovechamiento ptimo se alcanza en las llamadas instalaciones de cogeneracin o trigeneracin y debe entenderse de forma integral, ya que la energa se necesita tanto en forma de trabajo (electricidad) como de calor.

La posibilidad de emplear el potencial para al-canzar altas temperaturas para la realizacin de procesos qumicos orientados a diferentes aplicaciones.

A la vez, debe trabajarse en la reduccin de los impactos ambientales de las distintas varian-tes tecnolgicas, en particular la reduccin de las necesidades de agua para refrigeracin de los ci-clos termodinmicos (bloque de potencia de todas las tecnologas termoelctricas, solares o con-vencionales) y la sustitucin de fluidos trmicos potencialmente contaminantes o peligrosos (como los aceites trmicos empleados en las plantas de canales parablicos) por otros que no presenten ta-les inconvenientes.

Centros como la Plataforma Solar de Almera del CIEMAT, el Centro Nacional de Energas Renova-bles (CENER) o el Centro Tecnolgico Avanzado de Energas Renovables (CTAER), entre otros, es-tn trabajando en el desarrollo de estas lneas de investigacin.

A continuacin, en la Tabla 1 se resumen las princi-pales caractersticas de cada una de las principales tecnologas elctricas termosolares.


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Tabla 1. Principales caractersticas de cada tecnologa

Tecnologa Aplicaciones Ventajas Desventajas

Canal parablico

Plantas de produccin elctricas conectadas a red. (Mxima potencia nominal demostrada hasta la fecha: 80 MWe). Produccin de calor de proceso.

Comercialmente disponible. Rendimiento mximo solar-electricidad 21%. Capacidad de hibridacin y de almacenamiento.

Temperaturas de operacin moderadas (hasta 400 C) debido a las limitaciones trmicas del aceite trmico utilizado como fluido de trabajo.

Fresnel

Pequeos sistemas de ge-neracin en isla o plantas de produccin elctricas conectadas a red. (Mxi-ma potencia nominal demostrada hasta la fecha: 5 MWe). Produccin de calor de proceso.

Primeras etapas de su co-mercializacin. Rendimien-to, capacidad de hibridacin y almacenamiento similar a la tecnologa de canales parablicos.

Se espera que sus costes unitarios sean menores que los de las otras alternativas.

Temperaturas de opera-cin moderadas: 250C en generacin de vapor saturado y hasta 400 C para vapor sobrecalen-tado (no demostrado). Es una tecnologa con incertidumbres.

Receptor central

Plantas de produccin elctricas conectadas a red. (Mxima potencia nominal demostrada hasta la fecha: 20 MWe). Produccin de calor de proceso a alta temperatura.

Perspectivas de altos rendimientos a medio plazo (captacin solar del 46% a temperaturas de 565 C e instantneos solar a elc-trica del 23%); almacena-miento a alta temperatura; hibridacin.

Estimaciones de costes de capital escasamente con-trastadas.

Disco parablico

Pequeos sistemas de produccin elctrica con y sin conectar a red. (Mxima potencia nomi-nal demostrada hasta la fecha: 25 kWe).

Altos rendimientos (instan-tneos solar a elctrica en torno al 30%); modularidad; capacidad de hibridacin; experiencia operacional.

Los sistemas hbridos tienen una eficiencia de combustin baja y su fiabilidad est an por demostrar.


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2.2.1 Canales parablicosEstado actual

Tal como se ha comentado anteriormente, las CETs de tecnologa de canal parablico (CP) son, bsicamente, centrales convencionales de turbina de vapor en las que se sustituye el combustible utilizado para generar y sobrecalentar el vapor, por la energa proveniente de la radiacin solar. En la Figura 3 se presenta un esquema general de este tipo de plantas, en el que se aprecian claramente el subsistema solar (en rojo) y el convencio-nal (en azul).Figura 3. Esquema de una planta termosolar genrica

Campo solarTurbina devapor

Condensador

Fuel

Caldera(opcional)

Fuel

DesgasificadorRe-calentadorsolar

Pre-calentadorsolar

Generadorde vapor

Sobrecalentadorsolar

Vaso deexpansin

Pre-calentadorde baja presin

Fluidocaloportador(opcional)

Sistema dealmacenamiento(opcional)

Condensador

El sistema de captacin y concentracin de la ra-diacin solar es modular. Est formado por filas de canales parablicos que siguen al sol en un solo eje, alineadas normalmente en direccin norte-sur. Cada captador consta de un conjunto de espejos de seccin recta parablica y geometra cilndrica que, apropiadamente alineados y distribuidos, concen-tran la componente directa de la radiacin solar unas 80 veces en un tubo receptor; situado en su eje ptico. Mediante el sistema de seguimiento en un eje, cada captador sigue la trayectoria del sol de este a oeste a lo largo del da.

El sistema de transformacin de energa solar a trmica est formado, fundamentalmente, por los tubos receptores, ya mencionados, sobre los que in-cide la radiacin solar concentrada y por los cuales circula un fluido de trabajo que actualmente es, en la mayora de los casos, un aceite trmico, que ab-sorbe la energa concentrada del sol, calentndose

hasta cerca de 400C, que es el lmite admisible para los aceites sintticos que se vienen usando hasta la fecha.

El sistema de transformacin de energa trmica a elctrica es, bsicamente, un ciclo de turbina de vapor (ciclo Rankine) en el que el aporte de calor se realiza, desde la parte solar, a travs de una serie de intercambiadores aceite-agua, que transfieren la energa del aceite trmico del campo solar al agua del ciclo Rankine, consiguiendo su evaporacin y sobrecalentamiento.

La naturaleza intermitente de la energa solar hace que, por ejemplo, en Espaa una central elctrica termosolar (CET) de canal parablico sin almace-namiento no suela superar las 2.400 horas anuales de operacin equivalentes a plena carga. Para in-crementar las horas de operacin y, por tanto, de produccin de electricidad, existen dos posibilidades que se pueden implementar de forma simultnea:


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la hibridacin con calderas de combustible fsil/bio-masa y el almacenamiento trmico.

Gracias al almacenamiento, las CETs son capaces de producir energa tanto en periodos de baja radiacin como tras la puesta del sol y ms de la que gene-ran las plantas sin almacenamiento; a costa, claro est, de campos solares de mayor tamao. Aunque las diferentes opciones y caractersticas de los sis-temas de almacenamiento trmico (SAT) se discuten en otra parte de este informe, la tecnologa actual de almacenamiento trmico ms madura y que ya est presente en una planta comercial de canales parablicos es la de tanques de sales fundidas, en los que el aumento de temperatura implica una va-riacin positiva de energa interna, sin cambio de fase (calor sensible).

Esta tecnologa de almacenamiento trmico se basa en dos tanques de sales fundidas, uno ca-liente y otro fro, conectados al fluido de trabajo del campo solar por medio de un intercambiador de calor. Cuando el campo solar proporciona ms energa trmica que la necesaria para el ciclo de potencia, se utiliza el exceso para cargar el tanque caliente. Como es lgico, para poder utilizar el SAT

es necesario que el campo est sobredimensiona-do respecto del de una planta sin almacenamiento, y que en condiciones de diseo proporcione ms energa que la necesaria para su envo al bloque de potencia. De esta forma, se puede contar con capacidades de almacenamiento que pueden supe-rar las 12 horas de trabajo del bloque de potencia a plena carga.

La segunda de las opciones que existen actualmen-te para ampliar las horas de produccin de una CET a lo largo del ao es, como se ha comentado, la hibridacin. La hibridacin consiste, bsicamen-te, en la combinacin de la generacin trmica mediante energa solar con otras formas de gene-racin, mediante el uso de calderas alimentadas con cualquier combustible, desde gas natural has-ta biomasa. Aunque no hay que descartar en un futuro, ms o menos prximo, el desarrollo de re-ceptores hbridos en los que, en horas de baja o nula radiacin, se puede quemar un combustible adecuado.

A continuacin, en la Tabla 2 se resumen las prin-cipales caractersticas de la tecnologa de canal parablico.

Tabla 2. Tabla resumen de las caractersticas principales de la tecnologa de canal parablico

Aplicaciones Ventajas Desventajas

Plantas de produccin elctricas conectadas a red. (Mxima potencia nominal demostrada hasta la fecha: 80 MWe). Produccin de calor de proceso.

Comercialmente disponible. Rendimiento mximo solar -electricidad 21%. Capacidad de hibridacin y de almacenamiento.

Temperaturas de operacin moderadas (hasta 400 C) debido a las limitaciones trmicas del aceite trmico utilizado como fluido de trabajo.

Lneas de desarrolloLa primera y ms inmediata de las lneas de de-sarrollo de la tecnologa de canal parablico es la generacin directa de vapor (GDV), ya ensayada con xito en el proyecto DISS, desarrollado en la Plata-forma Solar de Almera. Las principales ventajas de la generacin directa de vapor en los tubos ab-sorbedores son la sustitucin del aceite trmico actual un fluido trmico costoso, inflamable, con temperatura de operacin limitada y potencialmente contaminante por agua, y el empleo de un mismo fluido de trabajo (agua) en el campo solar y en el ciclo de potencia, lo que permite prescindir de los intercambiadores aceite-agua, y operar a tempe-raturas ms altas, con la ganancia en rendimiento

que ambas posibilidades implican. Un punto dbil de la tecnologa GDV es el almacenamiento trmico, que no parece estar an suficientemente resuelto con las tecnologas actuales. La operacin de todo el campo de captadores solares a mayor presin y temperatura, lo que requiere la adaptacin de los actuales tubos absorbedores, y la mayor com-plejidad del sistema de control, son otros desafos tecnolgicos a tener en cuenta. En Puertollano (Ciu-dad Real) hay ya un proyecto de demostracin de CET de canal parablico con generacin directa de vapor, de 3MW de potencia elctrica nominal, que se encuentra en avanzado estado de ejecucin y que sin duda permitir sacar conclusiones sobre el fu-turo de esta prometedora tecnologa.


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Desde Italia y Estados Unidos, se plantea el em-pleo de sales fundidas como fluido de trabajo en el campo solar. Las ventajas de esta opcin tecnolgica son la posibilidad de operar a ma-yor temperatura, el empleo del mismo fluido de trabajo en el campo solar y en el sistema de al-macenamiento, con la consiguiente eliminacin de los intercambiadores aceite-sales, y el he-cho de operar con un fluido ambientalmente ms benigno que los aceites trmicos actuales. Sin embargo, la necesidad de garantizar que las sa-les permanezcan en estado lquido en todas las condiciones de operacin y a lo largo y ancho de todo el campo de captadores con sus importan-tes longitudes de tuberas puede repercutir en un aumento considerable de los autoconsumos para el caldeo de tuberas, vlvulas, bombas, etc. y en un riesgo de roturas de los tubos absorbedores, que son bastante caros. Para solventar algunas de las dificultades mencionadas, se est traba-jando en la identificacin y obtencin de nuevas mezclas de sales, con puntos de congelacin ms bajos que las empleadas actualmente, as como en el desarrollo de elementos menos sensibles a la congelacin de las sales.

Todas las opciones mencionadas requieren, para que su adopcin sea tcnica y econmicamente de inters, del desarrollo de nuevos tubos receptores de baja emisividad, alta absortancia y alta durabili-dad, capaces de operar a temperaturas superiores a 500C.

En cuanto al concentrador en s, se estn ex-plorando lneas de trabajo orientadas a la obtencin de superficies reflectantes ms eco-nmicas que los espejos de vidrio grueso y con prestaciones similares en cuanto a reflectan-cia y durabilidad a la intemperie. Aunque estn apareciendo en el mercado algunas soluciones sustratos polimricos con capas reflectantes de plata, planchas de aluminio de alta reflectivi-dad, lminas de aluminio adheridas a sustratos rgidos de fibra de vidrio, etc. la durabilidad a la intemperie de estos materiales est an por demostrar. El aumento de la apertura del concentrador, el desarrollo de estructuras ms econmicas y de fcil instalacin y el empleo de nuevos materiales (composites) constituyen otras vas de mejora de la tecnologa que estn siendo desarrolladas.

En cualquier caso, casi la totalidad de las mejoras mencionadas pueden considerarse incrementales

en el sentido de que estn orientadas a la obten-cin de mejoras de rendimiento o reduccin de costes de un concepto que est, prcticamente, en su madurez.

2.2.2 Concentradores lineales de Fresnel

Estado actual

Aunque desde los aos sesenta se han venido estu-diando grandes sistemas de concentradores lineales de Fresnel (CLF) [Francia, 1968], esta tecnologa se encuentra todava en un estadio de desarrollo rela-tivamente incipiente. La tecnologa consiste en la utilizacin de espejos planos (o ligeramente cur-vados) dispuestos en lminas paralelas, sobre un terreno horizontal, que pueden rotar alrededor de su eje para dirigir los rayos reflejados hacia un re-ceptor tubular fijo situado a una altura superior (ver Figura 4).

Este tipo de concentradores lineales de Fresnel per-miten obtener relaciones de concentracin de entre 25 y 40 respecto a la superficie del absorbedor, re-laciones que se ven incrementadas hasta valores de entre 80 y 130 si se hace el clculo de la con-centracin respecto al dimetro del absorbedor. Generalmente, estos sistemas se estn propo-niendo para la generacin directa de vapor de baja temperatura, acoplados directamente a turbinas de vapor. La temperatura de operacin ronda habitual-mente los 270C, lo que permite utilizar receptores eficaces y fiables, aunque algunos promotores de esta tecnologa pretenden trabajar, a medio pla-zo, a temperaturas prximas a los 500C, con el fin de poder acoplar estos sistemas a turbinas de alto rendimiento.Figura 4. Esquema de un campo solar de captadores lineales de Fresnel con dos lneas de receptores


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De forma semejante a otras tecnologas, los campos CLF pueden ser utilizados en plantas 100% solares o integrados en plantas trmicas de combustibles fsiles.

Para aplicaciones de produccin de electricidad en centrales de potencia superior a 5MWe se distinguen, bsicamente, dos grandes tipos de sistemas dentro de esta tecnologa: los sistemas CLF clsicos y los Captadores Compactos Lineales de Fresnel (CCLF). Aunque ambos comparten el mismo principio de fun-cionamiento y tanto sus geometras como los tamaos de captador son muy similares, se diferencian princi-palmente en los siguientes puntos [Morin, 2006]:

Dimensiones de los espejos. Tipo de seguimiento. Diseo de receptor (tubo nico con concentrador

secundario para los CLF y de mltiples tubos sin concentrador secundario para los CCLF).

La tecnologa desarrollada por Solar Heat and Power Pty. Ltd. (ahora Areva Solar) es el Concentra-dor Compacto Lineal de Fresnel (CCLF), patentado por la Universidad de Sydney en 1995. A diferencia de los captadores lineales de Fresnel clsicos, cu-yos espejos apuntan a un nico receptor lineal, los espejos en la tecnologa CCLF tienen la opcin de reflejar la radiacin solar directa hacia uno u otro de dos receptores, en funcin de la posicin del sol [Mills, 2000], lo que permite minimizar fenmenos de sombras y bloqueos y disear campos de capta-dores muy compactos (Figura 5) y con los receptores colocados a menor altura (inferior a 10m). De esta forma, se limitan los costes de inversin del terre-no (el ratio de cobertura del terreno es de un 66%, frente al 33% de los campos CP [Burbidge, 2000] y se reducen las estructuras de los receptores y la longitud de las tuberas de distribucin.Figura 5. Esquema de un campo de CCLF con filas de reflectores orientadas a distintos receptores para minimizar sombras y bloqueos

Absorbedor lineal

Reflectores conseguimientoen un eje

Absorbedor lineal

Los receptores de los CCLF usualmente consisten en una decena de tubos de acero paralelos a los reflectores, dispuestos en un plano horizontal y si-tuados dentro de una cavidad cerrada por su parte inferior con una ventana de vidrio. No usan concen-tradores secundarios, ni tecnologa de vaco, lo que abarata el coste del receptor. A diferencia de los CP, un rgimen de flujo bifsico estratificado es perfec-tamente aceptable en el caso de los CCLF, ya que la parte superior del tubo nunca est directamen-te iluminada.Figura 6. Tubos receptores de la planta CCLF de Kimberlina

Figura 7. Anlisis con trazado de rayos del receptor de Solarmundo [Hberle, 2006]

Concentradorsecundario

Tuboabsorbedor

Panel de vidrio

Una comparacin de las dos tecnologas CLF clsica y CCLF concluy que la madurez tcnica y comercial de los CCLF (Figura 6) era ms avanzada, aunque estableci tambin que el receptor con tubo ni-co y reflector secundario (tipo Solarmundo, Figura 7) tena un rendimiento potencial un 10% ms alto [Morin, 2006].

A continuacin, como resumen de lo tratado en este apartado, en la Tabla 3 se relacionan las principa-les caractersticas de la tecnologa de reflectores de Fresnel.


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Tabla 3. Tabla resumen de las caractersticas principales de la tecnologa de Fresnel


Pequeos sistemas de genera-cin en isla o plantas de pro-duccin elctricas conectadas a red. (Mxima potencia nominal demostrada hasta la fecha: 5 MWe). Produccin de calor de proceso.

Primeras etapas de su comercia-lizacin. Rendimiento, capacidad de hibridacin y almacenamiento similar a la tecnologa de canales parablicos.Se espera que sus costes unitarios sean menores que los de las otras alternativas.

Temperaturas de operacin modera-das: 250C en generacin de vapor saturado y hasta 400 C para vapor sobrecalentado (no demostrado). Es una tecnologa con incertidumbres.

Lneas de desarrolloEl principal atractivo de la tecnologa de Capta-dores Lineales de Fresnel reside en su excelente aprovechamiento del terreno y bajo coste po-tencial, por la utilizacin de estructuras ms ligeras, reflectores ms econmicos que los cos-tosos espejos de seccin recta parablica y tubos absorbedores ms simples, siempre que las tem-peraturas de operacin lo permitan. Su limitada capacidad de concentracin supone, sin embargo, una barrera a la obtencin de rendimientos altos en la conversin de la energa de la radiacin so-lar a electricidad.

Por ello, las vas de desarrollo ms probables de esta tecnologa discurren principalmente por el ca-mino de una mayor reduccin de costes. Hay dos grandes lneas de desarrollo. Una de las lneas de desarrollo apuesta por un receptor sofisticado, en el que se incluye un espejo reconcentrador, con el propsito de aumentar la capacidad de concen-tracin y obtener una mejora significativa en el rendimiento global de transformacin de la ener-ga solar a electricidad al poder operar a mayores temperaturas, a pesar de la merma energtica en la transformacin de la energa solar a trmica que suponen las prdidas debidas a las reflexiones adi-cionales. La otra lnea de desarrollo apuesta por conceptos de receptores sencillos, econmicos y de fcil mantenimiento, de forma que la reduccin de costes as obtenida compense con creces la mer-ma de rendimiento.

Adems de las aplicaciones elctricas, la tec-nologa de Captadores Lineales de Fresnel est apostando por la especializacin en aplicaciones no elctricas, como la generacin de calor de proceso o su empleo como aporte energtico a sistemas de refrigeracin basados en mquinas de absorcin (refrigeracin solar). As, por ejemplo, un sistema

de refrigeracin compuesto por una mquina de absorcin de doble efecto de 175 kW de potencia frigorfica, alimentada por la energa trmica pro-ducida en un campo de concentradores lineales de Fresnel, est funcionando desde 2008 en la Escuela Superior de Ingenieros de Sevilla.

2.2.3 Sistemas de torre

Estado actual

En la tecnologa de torre o receptor central, el siste-ma de concentracin de la radiacin solar consiste en un campo de helistatos, formado por superfi-cies reflectoras que, mediante seguimiento en dos ejes, son capaces de proyectar la imagen del Sol so-bre la superficie de apertura de un receptor situado, usualmente, en lo alto de una torre, de donde esta tecnologa deriva su nombre. En el receptor central tiene lugar la transformacin de la radiacin solar concentrada en energa trmica, mediante el incre-mento de entalpa de un fluido de trabajo.Figura 8. Diagrama esquemtico de una central de torre

Tecnologa de torre

Heliostatos

Fuente: Abengoa


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Los helistatos estn compuestos por una superficie reflectante, una estructura que le sirve de soporte y mecanismos que permiten orientarlo adecuada-mente. Las superficies reflectantes ms empleadas actualmente son de tipo vidrio-metal. El campo de helistatos en su conjunto es un sistema ptico de foco puntual capaz de alcanzar relaciones de con-centracin elevadas (500 a 1.000) o muy elevadas (3.000).

El receptor es el elemento que recibe la radiacin solar concentrada y la transforma en energa tr-mica de un fluido de trabajo (que puede ser agua, sales fundidas, aire, etc.) para ser usada en pro-cesos posteriores. Existen numerosas propuestas de receptores solares con diferentes configuracio-nes y adaptados a distintos fluidos de transferencia trmica. El receptor se coloca a cierta altura so-bre el campo de helistatos, sobre una torre, con el fin de evitar, o al menos reducir, las sombras y los bloqueos entre los helistatos. El receptor so-lar representa la parte ms crtica de una central de torre desde el punto de vista tcnico, al centra-lizar todo el intercambio de energa radiante de la planta.Figura 9. PS10 en operacin junto a PS20 en construccin

Fuente: AbengoaDebido a los altos flujos de radiacin solar que se alcanzan en el receptor, ste puede trabajar a altas temperaturas, sin excesivas prdidas trmicas, lo que posibilita su integracin en ciclos termodin-micos eficientes. En este sentido, la tecnologa de torre permite aspirar a rendimientos de transfor-macin de la energa solar a electricidad elevados (superiores al 25% anual), aunque hasta la fecha los rendimientos anuales demostrados sean, pro-bablemente, inferiores al 16%.

Estas centrales admiten fcilmente el funciona-miento hbrido en una gran variedad de opciones y tienen, tambin, el potencial de generar electricidad con altos factores de capacidad mediante el uso de almacenamiento trmico. A partir de este almace-namiento, el sistema puede proporcionar energa incluso en condiciones de nubosidad o durante la noche. Actualmente, la solucin ms utilizada son tanques de almacenamiento de agua/vapor o de sales fundidas, que acumulan parte de la energa captada durante el da para ser transformada en electricidad en otro momento.

En lo que respecta al fluido de trabajo que circula por el receptor central, en los diversos proyectos de demostracin que se han llevado a cabo hasta la fe-cha se han utilizado principalmente cuatro sistemas:

1. Agua-vapor (sobrecalentado o saturado).2. Sodio lquido.3. Sales fundidas.4. Aire.En el caso de las plantas de torre empleadas para generacin elctrica, adems de los subsistemas especficos de la tecnologa solar, esto es, campo de he-listatos, receptor y en algunos casos almacenamiento trmico, hay que considerar la parte convencional de una central elctrica, cuyos elementos principales son el generador de vapor y el bloque de potencia.

El sistema de control es ms complejo que el de una planta trmica convencional, ya que adems debe integrar todos los subsistemas solares de la cen-tral, cuya interaccin se complica, sobre todo, en los periodos de arranques, paradas y transitorios, que son los ms crticos.

Hasta la fecha, slo unos pocos proyectos han cul-minado en la construccin de centrales de torre experimentales o de demostracin y nicamente dos en la construccin de centrales de torre de ca-rcter comercial la PS10 y la PS20, ubicadas en el municipio sevillano de Sanlcar la Mayor, de las que se hablar, en detalle, ms adelante.

El conjunto de experiencias referidas, aunque limi-tadas, han servido, no obstante, para demostrar la viabilidad tcnica de las CETS de torre, cuya tec-nologa est suficientemente madura para pasar a la etapa comercial, tal y como han demostrado las instalaciones existentes en la Plataforma Solar de Almera o la central de 10 MW Solar One, y como estn demostrando la PS10 y la PS20.

En la Tabla 4 se resumen las principales caracters-ticas de la tecnologa de torre.


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Tabla 4. Tabla resumen de las caractersticas principales de la tecnologa de receptor central


Plantas de produccin elctri-cas conectadas a red. (Mxima potencia nominal demostrada hasta la fecha: 20 MWe). Produccin de calor de proceso a alta temperatura.

Perspectivas de altos rendimientos a medio plazo (captacin solar del 46% a temperaturas de 565 C e instantneos solar a elctrica del 23%); almacenamiento a alta temperatura; hibridacin.

Estimaciones de costes de capital escasamente contrastadas.

Lneas de desarrolloA diferencia de la tecnologa de canal parablico, los sistemas de torre o receptor central presentan una gran variedad de opciones tecnolgicas con diferen-cias sustanciales entre ellas. Baste mencionar que las centrales que actualmente se encuentran en funcio-namiento, PS10 y PS20, generan vapor saturado en el receptor a una temperatura inferior a 300 C, mientras que la central Gemasolar operar con sales fundidas a temperaturas superiores a 500 C y la instalacin experimental de Jlich en Alemania est previsto que llegue a operar a 700 C con un receptor volumtrico de aire a presin atmosfrica.

Por otra parte, estas centrales usan helistatos de gran superficie (aproximadamente 120 m2) que con-centran la radiacin solar sobre el receptor instalado en una torre de gran altura, mientras que las solucio-nes adoptadas por las empresas e-Solar (que ya ha construido una planta de demostracin de 5 MW en California) y Brightsource Energy, entre otras, se ba-san en conceptos modulares, con helistatos de pequeo tamao1 (poco ms de 1 m2 en el caso de e-Solar) agrupados en torno a varias torres de menor altura que las tradicionales.

A corto plazo, las principales lneas de desarrollo se orientan a la reduccin de costes de los componentes especialmente de los helistatos, que constituyen una fraccin muy importante del coste total de una cen-tral de esta tecnologa a la mejora en los diseos de los distintos tipos de receptores mencionados y a la optimizacin de los sistemas de gestin y control del campo de helistatos.

El aprovechamiento de esta tecnologa de alta con-centracin para la obtencin de altas temperaturas de operacin es el gran reto a ms largo plazo.

Actualmente, se encuentra en construccin el proyecto Gemasolar, de 17 MW de potencia elctrica nominal, con 15 horas de capacidad de almacenamiento tr-mico en sales fundidas. Este proyecto constituye un hito en este sentido, pues operar con sales fundidas en el receptor y en el sistema de almacenamiento a temperaturas en torno a 550 C, lo que permite, en comparacin con las actuales centrales de canal para-blico, reducir considerablemente el volumen de sales requerido para un sistema de almacenamiento, que es de una capacidad trmica similar al de la planta An-dasol 1, al trabajar con cerca de 300 C de diferencia entre los tanques fro y caliente.

En paralelo se desarrollan proyectos y lneas de inves-tigacin que exploran alternativas muy diversas: desde los receptores volumtricos presurizados, orientados a la integracin de la energa solar en el ciclo Brayton (turbina de gas) de un ciclo combinado, hasta los re-ceptores de partculas slidas para la generacin de hidrgeno en procesos de qumica solar o para ciclos de vapor super crticos. Tambin se trabaja en el em-pleo de concentradores secundarios para aumentar la relacin de concentracin o desplazar el foco desde la zona superior de la torre a su base (concepto SCOT de-sarrollado en el Weizmann Institute, Israel).

2.2.4 Discos parablicos

Estado actual

La tecnologa de disco parablico consta, bsica-mente, de una superficie reflectora, una estructura soporte, un mecanismo de seguimiento en dos ejes (acimut y elevacin), un sistema de control y un elemento de transformacin de potencia. El disco

1 El concepto de helistatos de pequeo tamao fue previamente propuesto y desarrollado en el marco del proyecto SIREC (desarrollo tecnolgico para sistemas de receptor central) financiado por el Ministerio de Educacin y Ciencia con fondos FEDER (1999-2001)


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concentrador es una superficie reflectante de revo-lucin, de seccin parablica, que concentra, en un punto situado en su foco, los rayos solares que inci-den perpendiculares al plano de apertura. En dicho foco se coloca el bloque de potencia, cuya entrada est compuesta por el receptor de cavidad, que ab-sorbe la energa solar y la transforma en energa trmica, que acciona un motor Stirling.

El movimiento del motor Stirling lo utiliza un gene-rador elctrico de induccin para obtener energa elctrica. Dicha electricidad puede, o bien inyectar-se a la red elctrica, o bien destinarse a consumo directo en alguna aplicacin prxima al lugar del emplazamiento. Lgicamente, tanto el disco para-blico, como el bloque de potencia, necesitan de una estructura que, a la vez de sustentarlos en su posi-cin adecuada, realice el seguimiento en dos ejes del disco solar, de forma que la incidencia de los rayos solares sea normal a la superficie de aper-tura de la parbola en todo momento. La Figura 10 muestra una imagen de los distintos componentes de la tecnologa de disco parablico-motor Stirling.Figura 10. Componentes del disco parablico Stirling

ConcentradorBloque de potencia

Estructura

WG Associates (10-kWe)

La tecnologa de discos parablicos y motor Stir-ling tiene el rcord de eficiencia de conversin instantnea de energa solar a elctrica, al conse-guir, recientemente, un rendimiento instantneo del 31,25% [Stirling Energy System (SES)], una vez descontados los autoconsumos.

Durante los ltimos aos, las mejoras en esta tec-nologa se han centrado en la reduccin de costes tanto de fabricacin como de operacin y man-tenimiento. De manera paralela, tambin se ha investigado en componentes avanzados, como el receptor de cavidad, el control del disco y las su-perficies pticas. Se confa en que la produccin en masa facilite la consecucin de estos objetivos.

Los discos parablicos se perfilan como una alternativa interesante para sistemas descentra-lizados de produccin energtica. Usualmente, se prefiere el motor de ciclo Stirling por encima de las turbinas de gas tipo Brayton, debido sobre todo a la capacidad del motor Stirling para operar durante largos periodos de tiempo con bajo man-tenimiento y a su carcter modular, que permite producciones elctricas que van desde los pocos kilovatios hasta los megavatios. En general, los sistemas de discos parablicos alcanzan una re-lacin de concentracin media superior a 2.000, unas temperaturas de operacin de hasta 800 C y unos rendimientos anuales (solar a elctrico) en torno al 24,6%.

Los sistemas de disco Stirling requieren de sistemas de seguimiento de alta precisin y nor-malmente alto coste. Por lo general, se tiende a maximizar el tamao por unidad de sistema de seguimiento, con objeto de reducir el coste por unidad de superficie. En contraposicin a esta ten-dencia, sin embargo, Infinia ha desarrollado un motor de pistn libre de slo 3 kW, al considerarla una alternativa ms barata y competitiva.

En la Tabla 5 se presentan las principales carac-tersticas de la tecnologa de disco parablico.

Tabla 5. Tabla resumen de las caractersticas principales de la tecnologa de disco parablico


Pequeos sistemas de produccin elctrica con y sin conectar a red. (Mxima potencia nominal demostrada hasta la fecha: 25 kWe).

Altos rendimientos (instantneos solar a elctrica en torno al 30%); modularidad; capacidad de hibridacin; experiencia operacional.

Los sistemas hbridos tienen una eficiencia de combustin baja y su fiabilidad est an por demostrar.


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Lneas de desarrolloLos sistemas concentradores de disco parablico son muy sugerentes por su capacidad de alcanzar las mayores relaciones de concentracin y por su modularidad, que los hace fcilmente integrables, tanto en los tradicionales esquemas de generacin centralizada, como en los ms novedosos de ge-neracin distribuida. Hasta ahora, su desarrollo comercial ha estado lastrado por el elevado coste de sus componentes principales concentrador y motor y por la relativamente baja disponibilidad, consecuencia principalmente de las necesidades de mantenimiento de los motores. A su vez, parte de estos problemas derivan del reducido nmero de unidades producidas hasta la fecha, siguiendo pro-cedimientos cuasi-artesanales. El crculo vicioso a que eso da lugar, habra que transformarlo en un crculo virtuoso, desarrollando las condiciones que faciliten la construccin de un nmero suficiente de plantas, que justifique un desarrollo industrial de fabricacin en serie.

Por ello, los esfuerzos ms inmediatos de las prin-cipales empresas implicadas en esta tecnologa se dirigen, prioritariamente, hacia el desarrollo de pro-cedimientos de fabricacin en serie con rigurosos controles de calidad, similares a los que, durante muchos aos, se han ido desarrollando en el sector del automvil, que permitan reducir drsticamente los costes, aumentando, en paralelo, la fiabilidad. Empresas como SES o Infinia (EEUU) y Clean Ener-gy (Suecia), actual propietaria de los derechos del motor SOLO V161, estn realizando considerables inversiones para avanzar, decididamente, en este proceso, tanto en lo que se refiere al motor como al concentrador.

A ms largo plazo, el desarrollo de capacidades de hibridacin o almacenamiento energtico se presen-ta como un claro desafo para esta tecnologa, pues gran parte del atractivo de los sistemas termoso-lares de generacin de electricidad como venimos diciendo repetidamente reside en su potencial ca-rcter gestionable.

2.2.5 Almacenamiento trmicoLa posibilidad de contar con un sistema de alma-cenamiento trmico, al que derivar energa trmica producida en el campo solar, durante las horas de sol, para su posterior utilizacin, es una de las ca-ractersticas diferenciales de las centrales elctricas termosolares, que facilitan su gobernabilidad, en

un sentido amplio. En las plantas actuales se dis-pone de sistemas de almacenamiento trmico de distintas caractersticas y capacidades (desde los sistemas de doble tanque con sales fundidas de ms de 1 GWh de capacidad, en centrales de canal para-blico, como Andasol, o de torre, como Gemasolar, hasta tanques de agua presurizada de unas decenas de MWh, como los utilizados en PS10 o PS20. En el pasado tambin se trabaj con otros medios (aceite trmico, sodio fundido, etc.) y tecnologas, como la termoclina (tanques estratificados trmicamente), en las plantas de demostracin.

Las perspectivas a medio plazo indican que segui-rn coexistiendo distintos medios y tecnologas de almacenamiento, adaptadas a las caractersticas y condiciones de los fluidos de trabajo utilizados en el campo solar y a los ciclos termodinmicos de conversin de calor en trabajo, ya que no podemos olvidar que el sistema de almacenamiento desem-pea su papel de interfase entre ambos.

As, los sistemas de almacenamiento en forma de calor sensible en sales fundidas parece que se-guirn siendo la opcin preferida en centrales que empleen, tambin, sales fundidas como fluido de trabajo en el campo solar, ya sean centrales de ca-nal parablico o de torre. El desarrollo de tanques de termoclinas parece ser una va para la simpli-ficacin y reduccin de costes de estos sistemas. La obtencin de mezclas de sales en estado lquido u otros fluidos de caractersticas ms favorables punto de congelacin ms bajo, mayor estabilidad a altas temperaturas y el desarrollo de componen-tes bombas, vlvulas, etc. menos sensibles que los actuales a la solidificacin de las sales son otras vas de mejora de esta tecnologa.

El almacenamiento en forma de calor sensible en materiales slidos se presenta como una alterna-tiva interesante para sistemas que emplean fluidos de trabajo como aire o aceite trmico. Ya se han desarrollado proyectos de demostracin a esca-la piloto que emplean hormign como medio de almacenamiento. Frente a las sales fundidas, el al-macenamiento en medios slidos parece presentar un potencial importante de reduccin de costes y de simplificacin de los sistemas.

Pero el almacenamiento en calor sensible no es una opcin eficiente para las centrales que generan va-por directamente en el campo solar. Para stas se trabaja en el desarrollo de sistemas de almacena-miento trmico con cambio de fase (calor latente) de tipo modular. Ya se han desarrollado algunos


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proyectos a escala piloto (centenas de kilovatios), pero se necesitarn progresos importantes en la identificacin de materiales con mejores caracte-rsticas que los actuales sobre todo en lo que se refiere a conductividad trmica para hacer que sta sea una opcin viable en el rea termosolar.

Finalmente, aunque an lejos del umbral de la co-mercializacin, no podemos dejar de mencionar los sistemas de almacenamiento termoqumico, basa-dos en reacciones qumicas reversibles con un fuerte carcter endotrmico en el sentido de carga, o la sntesis solar de combustibles como el hidrgeno, o el carburo de silicio y de calcio. Estos sistemas, al desacoplar totalmente en el tiempo la carga del sistema de almacenamiento y la utilizacin de la energa en ste contenida, podran ser los ms adecuados para el desarrollo de sistemas de alma-cenamiento energtico a largo plazo en las centrales elctricas termosolares.

2.2.6 HibridacinLa hibridacin con otras fuentes de energa trmica, sean combustibles fsiles como el gas natural o re-novables como la biomasa, es el camino ms evidente para asegurar la gobernabilidad de una central elc-trica termosolar. Casi todas las centrales actuales son hbridas, en mayor o menor medida, efectundo-se en el ciclo Rankine el aporte de la energa trmica procedente de una combustin. En el caso de los ci-clos combinados hbridos que se construyen en el norte de frica, es la energa trmica procedente del campo solar la que se integra en el ciclo Rankine con-vencional, como aporte en la caldera de recuperacin.

Parecen ser dos los grandes retos para la hibri-dacin. El ms inmediato es la hibridacin con combustibles procedentes de la biomasa en un ci-clo de Rankine, empleando calderas similares a las usadas en las centrales trmicas de biomasa, o cal-deras de gas, cuando el combustible procede de la gasificacin de biomasa. El principal atractivo de es-tas opciones reside en la posibilidad de disponer de centrales de generacin elctrica 100% renovables y 100% gobernables. El segundo reto, a ms largo plazo, consiste en la integracin de la energa solar en ciclos termodinmicos de alta temperatura, apro-vechando el alto potencial exergtico de la radiacin solar. Aunque existen ya algunas propuestas comer-ciales o pre-comerciales en este sentido, como la de la empresa israel Aora Solar, queda un largo camino por recorrer en el desarrollo de componentes, como receptores de aire o concentradores secundarios

para centrales de torre, que permitan realizar esta integracin con alto rendimiento y fiabilidad.

Una opcin de hibridacin que quizs fuese conve-niente explorar son los receptores hbridos. Se trata de receptores solares convencionales que incorporan quemadores en su parte posterior (la oculta a la radiacin solar) que entraran en funcio-namiento cuando el sistema de control lo determine, teniendo en cuenta las condiciones de salida del flui-do de trabajo. Esta configuracin podra mejorar el comportamiento termomecnico de los receptores y facilitara el funcionamiento de los sistemas elctri-cos termosolares en momentos del da con niveles de radiacin cambiantes.

2.2.7 BarrerasTodo cambio o proceso innovador ha de enfrentarse y superar una serie de barreras para poder introdu-cirse en el mercado y la sociedad de manera efectiva y pasar de ser algo anecdtico a ser parte de la rea-lidad cotidiana. La tecnologa solar termoelctrica no es una excepcin, en este sentido. A continua-cin se identifican algunas de las barreras a las que se enfrentan actualmente las tecnologas elctricas termosolares, y que han de irse superando, si que-remos que dichas tecnologas desarrollen todo su potencial en Espaa.

Hay muchos y diferentes tipos de barreras. En lneas generales, stas pueden agruparse en los siguien-tes grupos:

Tecnolgicas. Econmicas. Relacionadas con el mercado. Relacionadas con aspectos legislativos.

Barreras tecnolgicas

A lo largo del presente estudio se analizan en pro-fundidad las diferentes restricciones geogrficas que impone la tecnologa, tales como la necesidad de emplazamientos con un alto nivel de radiacin, con disponibilidad de agua, preferiblemente en reas geogrficas planas y con una red elctrica cercana, para disponer de un punto de evacuacin, donde po-der verter la electricidad generada.

No obstante, es conveniente analizar aqu en pro-fundidad una serie de condicionantes tecnolgicos que se han de tener en cuenta en el anlisis de la tecnologa termoelctrica y que se tratan en los si-guientes puntos:


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Evacuacin elctricaUn problema comn a cualquiera de los diferen-tes tipos de centrales termoelctricas que se estn considerando en el estudio, es la necesidad de establecer un punto de evacuacin a la red de dis-tribucin de la energa elctrica producida.

En cualquiera de los posibles casos que se puedan presentar, hay que tener en cuenta que el procedi-miento a seguir sera siempre el mismo:

Analizar las lneas y subestaciones que existen en las proximidades de la central con objeto de de-terminar, en funcin de la potencia a evacuar, cul podra ser el punto de evacuacin ms adecuado.

Consultar con el operador de la red de la zona de evacuacin cules seran las posibilidades de conexin para realizar la misma.

En el caso de las centrales cuya potencia elctrica producida permita su evacuacin en lneas de Me-dia Tensin (20 kV), los posibles condicionantes de evacuacin, y los costos derivados de la misma, no deberan presentar una problemtica especial.

Sin embargo, en el caso de las centrales termoelctri-cas de 50 MW, la elevada potencia de conexin obliga a que los niveles de tensin a los que se realice la eva-cuacin se tengan que realizar a tensiones entre los 66 kV y los 220 kV, con el condicionante y complejidad aadidos de que, adems del coste de la subestacin de la planta, se deba contemplar la ejecucin de una lnea de evacuacin y la posible ampliacin, modifica-cin o construccin de una subestacin de compaa.

En estos casos, es necesario abordar, adems de la tramitacin de la propia central y en paralelo con la misma, la tramitacin de la lnea de evacuacin y de la subestacin donde se establezca el punto de co-nexin. Esta circunstancia determina la necesidad de ordenar los criterios bajo los que se debe reali-zar la evacuacin de las centrales termoelctricas.

En este sentido, la lnea de trabajo a seguir podra ser la misma que se ha seguido ya en algunas Co-munidades Autnomas para ordenar la evacuacin de los parques elicos. En estos casos, en las zonas en las que se ha presentado esta problemtica, se ha obligado a los diferentes promotores a abordar la evacuacin de los parques de forma coordinada, con el objeto de racionalizar y simplificar las con-diciones de la evacuacin elctrica de la potencia generada por los mismos.

De esta forma, se ha conseguido no solo que la tra-mitacin y ordenacin de las infraestructuras se realice de forma ms eficiente, sino que, adems,

los costes asociados a las mismas sean asumidos de forma mancomunada entre los diferentes promo-tores, con una disminucin notable de dichos costes frente a si los mismos hubiesen sido abordados de forma independiente por cada uno de ellos.

Uso del aguaEn las centrales termoelctricas en los que la ob-tencin de la energa elctrica se obtiene a partir de una turbina de vapor es necesario prever una fuente de suministro de agua para la torre de re-frigeracin, con unos valores similares a los de las plantas trmicas convencionales, del orden de 3,6 litros por kWh elctrico.

En este sentido, la problemtica que se puede plan-tear es parecida a la que se ha sealado para la evacuacin elctrica, con las diferencias lgicas en-tre una y otra, que se resumen en los siguientes puntos:

En este caso aparece un nuevo factor determinado por el hecho de que Espaa es un pas que est sometido a un ciclo de sequas que determinan y condicionan la disponibilidad y el uso de agua en determinadas zonas.

La regulacin del uso y la disposicin de este re-curso es competencia de las correspondientes confederaciones hidrogrficas o de los organismos estatales y/o autonmicos que al efecto tengan las competencias.

En la mayora de los casos, solamente hay disponi-bilidad de agua cuando la obtencin de la misma se realiza directamente desde los cauces de los ros, con capacidad suficiente para ello, y estando muy limitada la obtencin de la misma cuando sta es de recursos hdricos subterrneos o de embalses.

Parece lgico que cuando sea necesario ejecutar in-fraestructuras para garantizar el consumo de agua a las centrales termosolares, las administraciones obliguen/fuercen a los promotores a que coordi-nen sus esfuerzos a la hora de planificar, disear, tramitar, y construir de forma conjunta, ordenada y mancomunada dichas infraestructuras, al igual que, con evidente xito, se est haciendo con la evacuacin elctrica. De esta manera se consigue minimizar, por un lado, el esfuerzo inversor a rea-lizar y, por otro, todos los procesos asociados a su tramitacin y construccin.

Barreras econmicas

Dentro de las barreras econmicas a las que se enfrentan las tecnologas solares termoelctricas,


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quizs la ms importante sea el alto coste de la inversin inicial. Aunque el recurso solar es abun-dante, ilimitado y gratuito, las inversiones iniciales requeridas para poder promover, disear, construir y finalmente explotar las plantas elctricas termo-solares, son cuantiosas.

Entre los costes financieros hemos de incluir el coste del riesgo tecnolgico. La incertidumbre tecnolgica asociada a cualquier tecnologa nueva, se evala como riesgo, se cuantifica y finalmente se costea. Esta in-certidumbre tecnolgica es ms acusada, en el caso de la energa elctrica termosolar, debido a la gran variedad de opciones tecnolgicas disponibles y las constantes innovaciones y mejoras que estn teniendo lugar en estos momentos. Para paliar el riesgo de la incertidumbre tecnolgica y los costes asociados a la misma se ha creado en AENOR el subcomit AEN/CTN 206/SC Sistemas de Energa Solar Termoelctrica cuyo campo de actividad es la normalizacin de com-ponentes, equipos, instalaciones, medida del recurso y servicios que afecten al aprovechamiento elctrico de la energa solar trmica concentrada.

A las barreras econmicas descritas anteriormente, hemos de aadir el hecho de que los proyectos sola-res termoelctricos se ven afectados por un proceso de concesin de permisos largo y tedioso que al fi-nal redunda en un mayor coste del propio proyecto

Barreras relacionadas con el mercado

Los mecanismos bajo los que se rige el mercado energtico son complejos. Hoy da nadie duda de la estrecha vinculacin que existe entre energa y economa. Adems, el impacto que tienen los proce-sos de produccin energtica en el medio ambiente no pasa desapercibido. Sin embargo, a pesar de la existencia de dicho impacto y de sus variaciones en magnitud, dependiendo del proceso mediante el cual la energa es generada, actualmente la valoracin econmica de dicho impacto no est recogida en el precio final de la energa, lo que desvirta no solo el mercado energtico libre sino que dificulta e in-cluso imposibilita un uso eficiente, justo y equitativo de los recursos naturales disponibles.

Este fallo en el mercado que se conoce como cos-tes externos de la energa o externalidades, ha sido analizado en numerosas ocasiones, sin que hasta la fecha se haya desarrollado un mecanismo eficiente que ayude incorporar las externalidades a los costos intrnsecos de cada energa. Una de las formas de paliar este equilibrio es mediante un sistema de pri-mas o ayudas a las energas renovables equiparable

a las ayudas que han disfrutado y disfrutan directa o indirectamente las otras fuentes energticas exis-tentes. Estas ayudas tienen como objetivo facilitar y acelerar la insercin de nuevas fuentes de energa en el contexto del mercado energtico, lo que a corto o medio plazo se traducir en un mercado energti-co ms diverso, completo y competitivo.

Barreras relacionadas con aspectos legislativos

El marco regulatorio actual ha contribuido de ma-nera eficaz a que en Espaa se desarrolle de una manera ejemplar la energa solar termoelctrica. Actualmente, Espaa es el pas con mayor dina-mismo en este sector. A da de hoy, se encuentran ya operativas un total de 10 plantas termosolares (432,4 MW), a las que se suman 15 proyectos ms (688 MW) en avanzada construccin. Dicha cifra au-menta hasta alcanzar los 2.400 MW en el total de los proyectos planificados y ya asignados para su cons-truccin hasta el ao 2013. Al calor de los proyectos de construccin de centrales, se ha creado una pres-tigiosa industria termosolar, que hoy lidera el sector dentro y fuera de nuestras fronteras contando con un alto prestigio a nivel internacional.

La legislacin relativa a las tecnologas elctricas termosolares en Espaa est, fundamentalmente, contenida en dos documentos bsicos: el Real De-creto 436/2004 y el Real Decreto 661/2007.

Hay al menos tres aspectos de la legislacin que han tenido y tienen un fuerte impacto en la eleccin de la tecnologa elctrica termosolar a emplear en un proyecto:

El primer aspecto est relacionado con la limitacin, inicialmente a 500 MW, de la potencia total instala-da. Este lmite ha dado lugar a una carrera, entre las empresas por instalar la mayor potencia posible en el menor tiempo posible, y es en cierto sentido responsable, junto con el estado tecnolgico en que se encontraban las diferentes tecnologas termoso-lares, del hecho de que hoy en da en Espaa, lejos de existir una gran diversidad tecnolgica entre los proyectos comerciales, la gran mayora de los proyectos, tanto en funcionamiento como en cons-truccin sean de tecnologa de canal parablico.

El segundo aspecto es el relacionado con el tama-o de las centrales. La legislacin actual limita, en la prctica, el tamao mximo de las mismas a 50 MW, ya que las primas previstas para las plantas que excedan de dicho tamao son muy inferiores a las previstas para las plantas que no lo excedan.


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El tercer aspecto est relacionado con la limitacin en el uso de combustibles fsiles. La legislacin contempla la posibilidad de hibridacin de las cen-trales. Aunque, aquellas que deseen acogerse a las primas ms sustanciales de entre las previstas, tienen limitada por ley la hibridacin a un 12%, en el caso de que deseen recibir una prima constante al kWh producido a lo largo del ao, y a un 15% en el caso de aquellas que decidan acudir al mercado.

2.3 SITUACIN ACTUAL Y PERSPECTIVAS DE LAS CETS

2.3.1 IntroduccinLa electricidad termosolar vive un momento crucial. Por fin se ha producido el despegue a nivel comer-cial, pero de momento ste slo es significativo en Espaa, aunque haya seales positivas en otras partes del mundo, como Estados Unidos, norte de frica, o Australia. A corto plazo deben resolver-se an muchas incgnitas, especialmente las que tienen que ver con los mecanismos de apoyo apro-piados que faciliten el desarrollo continuado de las tecnologas termosolares.

Si miramos un poco ms lejos, cul es el futuro de las diferentes tecnologas que se agrupan bajo el paraguas termosolar? La respuesta parece cla-ra: salvo evoluciones tecnolgicas imprevistas, la electricidad termosolar y los sistemas termosola-res de concentracin en general parecen tener un papel cierto e importante en el sistema energtico del futuro. Este sistema, a diferencia del actual, ser probablemente ms descentralizado y diversifica-do, con una proporcin cada vez mayor de energas renovables, ms racional, eficiente y solidario. La electricidad termosolar, de carcter 100% renovable, puede aportar, gracias a su capacidad de almacenar la energa trmica o de hibridarse con otras fuentes energticas combustibles fsiles o derivados de la biomasa una dosis de la estabilidad que el sistema elctrico requiere. Naturalmente, estas excelentes expectativas dependen de la consecucin de un cos-te de generacin razonable, comparable en trminos equitativos es decir, teniendo en cuenta los benefi-cios diferenciales de la electricidad termosolar con otras tecnologas, basadas o no en fuentes energ-ticas renovables.

Pero, como el sistema energtico, tambin las tecnologas termosolares deben evolucionar y adap-tarse, como se ha comentado anteriormente, a corto plazo el reto es claro: la reduccin de costes es un imperativo para el afianzamiento del sector.

La actual situacin de mercado de las tecnologas termosolares se ve principalmente influenciada por las diversas posturas polticas y planes de incentivos promovidos por los diferentes pases. Los gobiernos muestran su inters hacia la evolucin y desarro-llo de las mismas, cada uno a partir de sus propios procedimientos. Esto hace que la evolucin del sec-tor se concentre en aquellos pases cuyas ofertas se consideren ms atractivas, dado que el riesgo de inversin disminuye y las posibilidades de xito aumentan, algo esencial en los tiempos de recesin econmica que estamos viviendo.

ltimamente, est resultando un inconveniente importante para el desarrollo de las plantas ter-mosolares la oposicin que estn mostrando las grandes empresas del sector elctrico sobre todo en Espaa que observan cmo su negocio de venta de kWh est en riesgo y, aunque tambin intervie-nen en el sector, por el momento no lo controlan suficientemente para sus intereses econmicos. Adems, ejercen su poder en los medios de comu-nicacin para poner a la opinin pblica y, de paso, a los poderes institucionales en contra de las tec-nologas renovables en general y de la termosolar en particular.

Otro factor esencial es, obviamente, el potencial de recurso solar de la zona en la cual se proyecta la construccin de una central de estas caractersti-cas. Normalmente, estas iniciativas se focalizan en regiones con una irradiacin normal directa (IDN) promedio de ms de 1.750 kWh/m2 al ao [Gener, 2008]. En algunas partes del mundo, como por ejem-plo en EEUU, se pueden llegar a alcanzar valores de hasta 2.500 kWh/m2.

Por eso, la combinacin de estas condiciones eco-nmicas junto con la calidad del recurso solar disponible, supone el paso bsico en la toma de de-cisiones a la hora de invertir en estas tecnologas.

Ya a fecha de 2009, los proyectos de CETs propuestos en sus diferentes niveles de desarrollo existentes a ni-vel mundial sumaban un total de 23 GW. La evolucin positiva de estos proyectos depende de tres factores principales: viabilidad tecnolgica, financiacin y ca-dena de suministro. Pero todo esto, a su vez, est en manos de elementos externos del mercado como el


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precio del gas natural y el coste de las emisiones de CO2. La situacin, por lo tanto, se encuentra ligera-mente guiada por la competencia entre los diferentes actores del sector [Emerging Energy Research, 2009].

El sol es la fuente de energa renovable de mayor po-tencial a nivel mundial, con reas de grandes niveles de radiacin en zonas de elevado consumo elctrico como el sur de Europa, el oeste de Estados Unidos, Emiratos rabes y amplias zonas en China, India, Australia, Amrica del Sur y Central, Sudfrica. Si unimos esta circunstancia al hecho de que haya sido en el sur de Espaa y en el suroeste de Estados Uni-dos donde se han mantenido las dos instalaciones de I+D ms significativas (la Plataforma Solar de Almera y el Sanda National Laboratories) se com-prende que sea en estas zonas del mundo donde ha empezado el despliegue comercial de las plantas termosolares. Asimismo, amplias zonas desrticas del planeta se encuentran a menos de 3.000 km de las reas donde se produce el consumo del 95% de la energa elctrica a nivel mundial. En particular el desierto del Sahara y el Oriente Medio se encuen-tran muy cerca de Europa y de reas muy pobladas de pases en los que la electricidad termosolar po-dra constituirse como un oportuno catalizador para su desarrollo.

Las centrales termosolares constituyen la forma de generacin elctrica con mayores ventajas, tanto para los sistemas elctricos de pases industriali-zados como para las redes elctricas dbiles, por la estabilidad que aportan a la red, dada la gran inercia de los equipos de generacin, as como por las ca-ractersticas de gestionabilidad y programabilidad que les puede proporcionar el almacenamiento tr-mico y sus posibilidades de hibridacin con biomasa o gas natural.

Las centrales termosolares pueden disearse para cubrir el amplio abanico de necesidades que va desde la carga base a cargas pico, y tambin para des-empear una funcin intermedia entre una y otra, modulando adecuadamente el tamao del sistema de almacenamiento trmico, por lo que resultan, sin duda, la solucin ms adecuada y sostenible para cualquier necesidad de los sistemas elctricos de los distintos pases sea cual sea su perfil o necesidad.

Las perspectivas de reduccin de costes tras esta primera generacin de plantas que se estn insta-lando en Espaa son tambin muy prometedoras esperndose importantes incrementos de eficiencia con los futuros diseos as como descensos tanto en las inversiones requeridas como en el precio del

kilovatio hora generado, de forma que antes de 2020 pueda llegarse a alcanzar la competitividad con las tecnologas de generacin basadas en combusti-bles fsiles.

Por todo ello, el futuro de estas tecnologas se presenta especialmente a

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