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Energía termosolar y biometano, ¿una buena combinación?

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Empresas y centros de investigación de varios países participan en un proyecto de investigación que se está desarrollando en Castilla La Mancha y que analiza la integración de gas de origen renovable, como biometano o biogás, en las plantas termosolares (CSP) con el objetivo de abaratar los costes ambientales y económicos de estas instalaciones y facilitar su penetración comercial. Puedes leer este reportaje completo si estás suscrito a la revista Energías Renovables o a los contenidos especiales del portal.
Energía termosolar y biometano, ¿una buena combinación?

El proyecto Hysol (Hibridación de plantas termosolares con otras fuentes de energía), que así es como se conoce esta iniciativa, arrancó el 1 de mayo de 2013 y tiene una duración de tres años. Prevé el desarrollo, construcción, operación y optimización de una planta preindustrial localizada en el clúster de innovación termosolar de Manchasol, en Alcázar de San Juan (Ciudad Real) con el objetivo de investigar la integración de combustibles biomásicos como fase inicial para validar y hacer financiable esta tecnología a escala comercial.

La iniciativa, en la que participan nueve empresas y centros de investigación europeos, se está gestando en el seno del Departamento de Desarrollo de Negocio Corporativo de ACS-Cobra y parte de la necesidad de introducir en la industria termosolar el concepto de energía firme. El consorcio lo empezó a promover este grupo a finales de 2010 y se cerró en el Solar Paces de 2011, con la entrada de la PSACiemat y Enea. Hysol tiene un presupuesto total de 9.160.060 € y cuenta con una financiación por parte de la Comisión Europea de 6.168.474 € a través del 7º Programa Marco, según explica Miguel Lasheras, de ACS-Cobra y coordinador general del proyecto. El demostrador tendrá una potencia inferior a los 5MW, pero está diseñado de manera que los resultados sean representativos de lo que finalmente será el equipo comercial.

Hibridación más natural
Uno de los problemas principales de la tecnología termosolar de concentración es que la generación eléctrica depende de los ciclos solares y estacionales, así como de las condiciones meteorológicas de cada momento. Con el fin de incrementar la capacidad y el control de la producción eléctrica, este tipo de plantas suele contar con sistemas de almacenamiento térmico o sistemas auxiliares basados en el uso de combustibles fósiles, principalmente gas natural. Sin embargo, la combustión de gas natural en ciclos simples como los que se emplean en plantas CSP convencionales consigue eficiencias energéticas reducidas y supone un incremento considerable en la huella carbono de la planta.

La posibilidad de hibridar la energía solar con otros recursos energéticos renovables mejora de forma considerable la viabilidad económica de esta tecnología, permitiendo, además, la producción de electricidad 100 % renovable. Con este fin, en Hysol se empleará biometano. “Este gas se obtiene mediante procesos de upgrading (principalmente eliminación de CO2, agua y otros contaminantes para la concentración del metano) –explica Lasheras–.

El biometano se incorpora al sistema de transporte y distribución de gas natural por parte de los productores y se consume de forma similar. Con la ventaja de que el biometano puede ser producido en cualquier lugar con acceso a la red de gasoductos, con lo que se evita la restricción de que la planta Hysol esté en un lugar con elevado recurso solar y biomasa, que suelen estar contrapuestos. La iniciativa también analizará la posibilidad de emplear biogás producido de forma local, principalmente para localizaciones donde no haya acceso a gasoductos de distribución de gas natural o biometano.

Lasheras puntualiza, no obstante, que utilizar recursos biomásicos de la zona para producir el biogás no es lo más adecuado. De acuerdo con el coordinador del proyecto, “supone un impacto ambiental mayor que la planta CSP híbrida dependa de recursos biomásicos locales. Por ello, la tecnología Hysol se basa en el consumo de biometano que puede ser producido de forma distribuida en un radio muy amplio”.

Flexibilidad y estabilidad total
La decisión de poner en marcha este proyecto en Manchasol no es casual. En este complejo, ACS-Cobra cuenta con un clúster de innovación, anejo a la planta, en el que desarrolla todos sus productos innovadores en materia termosolar. El grupo es el responsable del diseño, integración, suministro, construcción, puesta en marcha y operación del demostrador.

Su funcionamiento es el siguiente: el combustible auxiliar en forma de gas (biogás, biometano) se aprovecha en una turbina de gas aeroderivativa (AGT) que produce electricidad en un primer generador. La energía térmica de los gases de escape se recupera en un innovador sistema de recuperación de calor (SRC) que actúa sobre el sistema de almacenamiento térmico, almacenando el excedente de energía para su uso posterior. Cuando es requerido por el equipo de operación, las sales fundidas calientes se emplean para la generación de vapor sobrecalentado para la producción eléctrica en el bloque de potencia a través de una turbina de vapor.

Esta tecnología con dos turbinas hibridadas a través del almacenamiento térmico permite evitar la intermitencia en la generación eléctrica típica de las energías renovables, siendo posible su producción de forma continuada, independientemente de las condiciones meteorológicas. Por tanto, este diseño permite una flexibilidad y una estabilidad total en la producción, pudiendo actuar la planta como una central de pico actuando con ambas turbinas a la vez o como central de base complementando el trabajo de ambas turbinas.Además, la eficiencia energética en la conversión eléctrica del combustible auxiliar es más elevada que en los ciclos simples, lo que reduce costes de operación, asegura el investigador.

Cinco paquetes de trabajo
Uno de los elementos novedosos y de trascendencia de este proyecto es, precisamente, la recuperación de energía térmica de los gases de escape generados en la turbina de gas aeroderivativa. Así, uno de los paquetes de trabajo en que está estructurada la iniciativa se centra en el desarrollo de un sistema de recuperación de calor, que integra la AGT con el sistema de almacenamiento térmico de sales fundidas. Esta tarea está coordinada por la compañía española Aitesa.

La coordinación de la arquitectura y simulación de la planta corre cargo de IDIE (Investigación Desarrollo e Innovación Energética). Este trabajo incluye definir las especificaciones técnicas de la planta y el desarrollo de modelos de simulación que integran los distintos elementos de la misma. IDIE debe, también, simular la producción de electricidad con esta nueva tecnología operando en distintas circunstancias y analizar los cambios necesarios para adaptar plantas CSP actuales a la tecnología Hysol.

El sistema de control de la planta es otro de los elementos claves de operación de la tecnología Hysol. Aquí es donde entra en juego la PSA-Ciemat, encargada de su diseño, así como de las estrategias de operación y automatización optimizada para maximizar la eficiencia y la generación eléctrica. Por su parte, la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de la UPM estudia el aprovisionamiento de los gases de origen biomásico y analiza la sostenibilidad de esta nueva tecnología y las distintas estrategias de operación.

En el consorcio participan, además, tres entidades extranjeras: la Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l'energia e lo sviluppo economico sostenibile (Enea, Italia); Danmarks Tekniske Universitet (DTU, Dinamarca); y Wageningen University- DLO foundation (WUR, Holanda). La agencia italiana analizará el comportamiento de sales en el interior del equipo recuperador de calor y la validación de materiales. La universidad danesa tiene el cometido de analizar la sostenibilidad, económica y social, de las distintas estrategias de operación de la nueva tecnología en diferentes escenarios y localizaciones geográficas; y analizar los mercados potenciales. A la fundación holandesa le corresponde la producción y disponibilidad del recurso biomásico.

El proyecto está ahora, más o menos, a mitad de camino de su desarrollo. El sistema de recuperación de calor que se está construyendo se encuentra ya en fase avanzada y se está procediendo a la construcción del demostrador, para que esté listo en enero de 2015. El consorcio espera tener resultados significativos ese mismo año.

 Más información:  www.hysolproject.eu

Cuadro 1

Ventajas… y más ventajas
El sistema de ciclo combinado que incorpora la planta Hysol permite una máxima eficiencia energética en el uso del gas combustible (η= 35-40 %), mucho mayor que los ciclos simples que utilizan las plantas termosolares convencionales (η = 25- 30 %), asegura Miguel Lasheras, de ACS-Cobra.

Este diseño consigue además otras ventajas:

• Generación eléctrica firme según la demanda y el sistema energético en el que se integre.

• Operación en ausencia de radiación solar durante periodos prolongados (hasta 24 h/día) con una elevada eficiencia en la transformación del combustible auxiliar

• Estabilidad de operación por cambios bruscos en disponibilidad de recurso solar

• Capacidad de respaldo para otras fuentes renovables intermitentes gracias a la hibridación con gas (turbinas de respuesta rápida).

• Electricidad 100 % renovable al emplear combustibles de origen biomásico (biogás, biometano o gas de síntesis).

 Cuadro 2

“Un gran latifundio de sol”
Con estas palabras definió el expresidente de la Junta de Comunidades de Castilla-La Mancha José María Barreda el complejo Manchasol, cuando inauguró el 28 de abril de 2011 la primera unidad de esta central termosolar de Cobra Energía, empresa perteneciente al área de Servicios Industriales del Grupo ACS. El expresidente de Castilla-La Mancha fue una de las 500 personas que participaron en la jornada de puertas abiertas organizada con motivo de la puesta en funcionamiento de Manchasol-1. Manchasol-1 y Manchasol-2 tienen 50 MW de potencia cada una, un campo de colectores solares cilindro-parabólicos en torno a 500.000 m2, ciclo de vapor y un sistema de almacenamiento térmico para convertir la energía primaria solar en energía eléctrica, que permite continuar con la generación durante 7,5 horas tras la puesta de sol. El proyecto suministra a la red electricidad para abastecer a 30.000 hogares y evita la emisión de 298.000 toneladas de CO2 al año.

En los últimos meses se ha informado de que ACS está negociado con General Electric la compra de estas dos centrales termosolares, en las que la constructora invirtió 500 millones, pero no hay ninguna confirmación al respecto. La constructora ya acordó la venta al grupo estadounidense de otra termosolar en Badajoz en octubre de 2011, operación que no llegó a cerrarse por la incertidumbre sobre el sector energético que hay en España tras las sucesivas medidas aprobadas por el Gobierno contra las renovables.

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