A principios de este año, Masdar, la polifacética iniciativa en energía removable de Abu Dhabi, supuso una revolución en el sector CSP a través de su tecnología “Beam Down”. Esta tecnología invierte el modo de funcionamiento de los sistemas de torre convencionales, en los que los espejos del suelo concentran la radiación solar en el concentrador situado en la parte superior de la torre, para calentar un fluido transmisor de calor y generar vapor. La tecnología Beam Down de Masdar, por el contrario, invierte el proceso al colocar el recibidor en la base de la torre.
Espejos planos situados en el suelo reflejan la radiación solar en otra serie de espejos, denominados espejos secundarios, ubicados en lo alto de la torre, los cuales dirigen la radiación solar hacia un recibidor cóncavo – un cilindro relleno de líquido – situado en la base de la torre. Al eliminar la necesidad de bombear el fluido transmisor de calor a lo alto de la torre, el sistema beam down evita un proceso costoso desde el punto de vista económico y energético.
El proyecto Masdar utiliza 48 espejos con una reflectividad del 98%, mejorando así un prototipo beam down desarrollado años atrás por el Weizmann Institute de Israel, el cual usaba un espejo monolítico en lo alto de la torre para redirigir la energía solar hacia un recibidor situado en tierra.
Aunque la necesidad de una serie de espejos extra incrementa los costes en un 15-20%, esto se ve compensado por la eliminación de la necesidad de bombear el fluido transmisor a lo alto de la torre. “Si se pudiera recortar el coste debido a los espejos, que supone alrededor del 60% del coste total, se podría reducir considerablemente el coste global de la planta,” tal y como explica el Dr Matteo Chiesa del laboratorio de Energía y Nanociencia del Instituto de Ciencia y Tecnología de Masdar.
El sistema también traería consigo la simplificación del diseño de la planta lo que reduciría los costes de construcción. “Reduciendo los costes de construcción de la planta podríamos optar por un complejo de varias plantas en el que los heliostatos dirigirían la luz solar hacia plantas diferentes en distintas partes del día”. Además, Chiesa añade que su equipo de investigación está estudiando el diseño de un recibidor especial para plantas de tecnología beam down.
Al igual que otros proyectos en energía renovable desarrollados por Masdar en la region, el sistema beam down se destinaría a la producción de energía para refrigeración. Un reto clave del proyecto se debe a la proximidad del mismo tanto al desierto como a la costa. La alta humedad reinante en la zona, tanto antes como después del amanecer, provoca la condensación de los espejos. Además, el viento fuerte hace que la arena se pegue a los espejos reduciendo su reflectividad.
“La cuestión es si deberíamos optar por espejos más caros con mayor reflectividad; o si podemos usar espejos con menor reflectividad pero que requieran menor limpieza.” Este es un campo aún en investigación, en el que los recubrimientos especiales y mecanismos de auto-limpieza para espejos podrían ser la solución, según Chiesa.
Masdar probará el sistema en una planta piloto de 100 kW.
Nuevas tecnologías ganan terreno
La necesidad de reducir costes en el sector CSP está impulsando el desarrollo de nuevas iniciativas. A principios de este año el fabricante de aluminio Alcoa se asoció con NREL (National Renewable Research Laboratory) en USA, para probar de forma conjunta un nuevo sistema cilindro-parabólico que utiliza espejos de aluminio altamente reflectantes en lugar de los espejos convencionales de vídrio.
La compañía cree que mediante el uso de un campo solar enteramente compuesto de espejos de aluminio, se puede reducir el coste de un proyecto CSP en un 20% gracias a menores costes de instalación. Una ventaja fundamental de los diseños de Alcoa es que los espejos de aluminio pueden ser producidos en serie y en gran número, lo que resultaría en una reducción de los precios. El aluminio es además un material más sostenible debido a su capacidad para ser reciclado de forma repetida.
Alcoa estima que la producción de sistemas cilindro-parabólicos de aluminio de forma comercial comience en 2 ó 3 años.
En un proyecto separado, NREL está colaborando con Schott Solar Inc, un fabricante de recibidores CSP, en el desarrollo de recubrimientos para recibidores CSP mejorados. El nuevo recubrimiento absorbedor sería aplicado sobre el tubo de acero del recibidor del sistema cilindro-parabólico para aumentar la eficiencia.
En Israel, HelioFocus afirma haber desarrollado un sistema termosolar capaz de reducir de forma significativa la cantidad de terreno necesario para construir una planta CSP. El sistema consiste en un disco parabólico de 6 pisos de alto que concentra la radiación solar en un recibidor óptico ubicado en el centro. El recibidor convierte la radiación concentrada en aire caliente a temperatures de hasta 1000°C. El aire caliente es después desviado para mover una turbina de gas.
El diseño vertical del sistema de HelioFocus elimina la necesidad de disponer de un gran espacio plano horizontal para construir una planta CSP, uno de los factores clave para planificar plantas cilindro-parabólicas convencionales.
La compañía australiana Solar Fusion Power ha desarrollado unos heliostatos de bajo coste capaces de almacenar el calor procedente de la energía solar, usando hidruro de calcio como como medio de almacenamiento de calor en lugar de sales fundidas.
Una lente de cuarzo y un espejo lateral se integran con el espejo parabólico. El calor procedente de los heliostatos es redirigido a una lente de cuarzo que enfoca el calor en un espejo pequeño. Este espejo dirige la luz solar a un espejo semiesférico en lo alto de la torre que a su vez redirige la radiación solar a un colector en el suelo.
De aquí la luz pasa a una cámara de reacción que contiene hidruro de calcio líquido produciendo calcio y gas hidrógeno a temperaturas entre 1000-1100 °C. El calor extraído de la cámara de reacción se usa para accionar un motor Stirling.
Solar Fusion asegura que el sistema puede alcanzar eficiencias de conversión del 50% en comparación con las eficiencias del 20% que alcanzan las plantas CSP convencionales. La reducción de costes se consigue gracias a una mayor eficiencia y al bajo coste del sistema de almacenamiento.
La compañía afirma que la ventaja principal del sistema consiste en la capacidad para almacenar químicamente la radiación solar intermitente que puede ser posteriormente liberada de forma controlada para la producción de energía eléctrica. Se espera que un prototipo del sistema esté disponible a finales de año.
Tyco Flow Control ha desarrollado un mecanismo que utiliza sales fundidas, en lugar de los aceites tradicionales, para la transferencia de calor en los tubos de sistemas parabólicos termosolares. Tyco ha generado una tubería envuelta con un cable capaz de monitorizar el calor para mantener la conducción caliente y evitar así que las sales se congelen. Ya que las sales fundidas pueden retener el calor por más tiempo que los aceites, la eficiencia de la planta podría verse potencialmente aumentada. Iberdrola está experimentando en la actualidad con este tipo de dispositivos.
Aunque prometedoras, la mayoría de estas nuevas tecnologías tienen aún que pasar las pruebas pertinentes que les permitan ser comercializadas y producidas a escala industrial.
vía>>
8/4/10
Innovaciones para mejorar la eficiencia y reducir costes
