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Gemasolar: la catedral del sol

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Este reportaje se publicó en el número 102, de julio de 2011, de la revista en papel (puedes ver la versión digital de ese número) y explica con detalle cómo funciona la planta inaugurada oficialmente el 4 de octubre.
Gemasolar: la catedral del sol

Desde el aire simula una perfecta espiral de círculos concéntricos. Ya en el suelo, un intrincado laberinto de espejos. En el corazón, una majestuosa columna a modo de faro. Es Gemasolar, está en Fuentes de Andalucía (Sevilla) y ocupa una extensión equivalente a 260 campos de fútbol. Ha costado 171 millones de euros y su principal virtud reside en el exclusivo sistema de almacenamiento térmico que incorpora, capaz de suministrar durante 15 horas energía a conveniencia en ausencia de insolación. Lleva dos meses enganchada a la red y los ojos de medio mundo están pendientes de sus prestaciones. Dicen que es el futuro. Y lo parece.

El uno de mayo recibía el decreto de autorización para entrar en operación comercial. Gemasolar ponía el punto y final a más de cuatro años de diseños e investigaciones, de ensayos y fases de construcción y puesta en marcha. Días después se acoplaba por vez primera a la red mediante una línea de alta tensión de 66 kilovatios que evacua la energía producida, unos 110 GWh/año, a la vecina subestación de Villanueva del Rey. Desde aquí se inyecta al sistema propiedad de Sevillana de Electricidad (Endesa) para su distribución. Aunque aún está en fase de consolidación y aprendizaje de los diferentes procesos, la primera planta termosolar del mundo de torre central con receptor de sales fundidas y sistema de almacenamiento térmico, construida en la modalidad de contrato llave en mano, es ya una realidad.

Con una superficie de 185 hectáreas y un inmenso campo solar de 2.650 heliostatos, dispone de una tecnología capaz de concentrar la radiación solar en una proporción de mil a uno en el receptor situado en lo alto de la atalaya que se erige en su epicentro. En ese punto y a 140 metros de altura se ubica la pieza vital de la central, que da nombre a esta tecnología de Energía Solar por Concentración (concentrating solar power, CSP).

En Gemasolar se sintetizan dos procesos esenciales: la carga del almacenamiento y la generación de electricidad a partir del mismo. El primero se logra concentrando el reflejo de la luz captada por los 300.000 metros cuadrados de espejos sobre el receptor situado en la cúspide, que está preparado para absorber el 95% de esa radiación. Para refrigerar el haz solar se emplean sales fundidas, mezcla de nitratos de sodio y potasio, que son bombeadas desde un tanque frío situado en la base a través de un sistema de tuberías hasta el captador, donde alcanzan temperaturas de 565ºC. Ese fluido circula después en sentido inverso por la torre y se deposita en el tanque caliente. Ahí concluye el proceso de almacenamiento.

Chicharrera garantizada
No es casualidad que la planta se localice en plena comarca sevillana de Écija. Este terruño es conocido popularmente como “la sartén de Andalucía”. Aquí se registran los niveles más elevados de irradiación solar directa anual de nuestro país. El sofoco y la chicharrera están garantizados, así como las mejores condiciones meteorológicas para acreditar la eficiente operatividad de la planta, que ha sido contratada con una garantía de rendimiento de 25 años.

Por si fuera poco, un software desarrollado por el grupo vasco Sener, que aporta el 60% del capital de Torresol Energy, compañía titular de este auténtico templo del sol nacido de la alianza con Masdar, propiedad del emirato árabe de Abu Dhabi y que tiene el 40% restante, se encarga de controlar un mecanismo que posiciona con precisión la superficie de los espejos, que se mueven sobre dos ejes de alta gama. El programa informático Sensol orienta, coordina, supervisa y recopila los datos de cada uno de los helióstatos del campo solar, cuyo diámetro es de un kilómetro y medio.

Proceso clásico de ciclo Rankine
“Cuando Gemasolar inicia el proceso de generación eléctrica, que incluye la seguridad del suministro y la gestión de la energía producida, deja de comportarse como una central solar y se convierte en una planta térmica. La conversión de la energía térmica en eléctrica sigue un proceso clásico de ciclo Rankine de vapor con extracciones intermedias, similar al empleado en una planta tradicional de carbón o biocombustible. Las sales calientes se envían a una batería de intercambiadores en las que, de forma gradual, se transfiere la energía térmica al agua para producir un vapor sobrecalentado de más de 100 bares de presión.

Siguiendo el proceso en el sentido del agua-vapor, el ciclo se inicia por el precalentado del vapor condensado por la evaporización y se continúa con el aumento de la entalpía hasta obtener el vapor sobrecalentado a muy alta temperatura. Este se manda a la turbina de alta presión, que trabaja a presiones equivalentes a más de 1.000 metros de columna de agua. El escape de la turbina de alta presión se sobrecalienta antes de pasarlo a la turbina de baja presión y, a continuación, se envía al condensador, que es donde se cierra el ciclo. Ese vapor que se turbina en dos etapas es el encargado de producir la electricidad”, explican desde Torresol Energy.

Una vez fundidas, las sales se mantienen inalterables durante la vida útil de la planta. De ahí que la compañía propietaria no contemple la necesidad de su reposición. En caso de que se decidiera el desmantelamiento una vez expirado el ciclo vital, su gestión no entrañaría ningún problema. Podrían ser tratadas fácilmente y vendidas como fertilizante. No en vano, la composición de estas sales es similar a la del Nitrato de Chile tradicional.

Sin sol o de noche
Aunque por razones obvias sus mejores rendimientos se alcanzarán en época estival, cuando los días y son más largos y más son las horas también de máxima insolación, Gemasolar no requiere de esas condiciones medioambientales favorables para mantener la productividad energética. El innovador sistema de almacenamiento térmico, que es el que marca las diferencias, le permite seguir alimentando la red, tanto durante el invierno como en días nublados, de baja insolación o incluso por la noche, cuando no es posible la generación directa. La autonomía de funcionamiento de este sistema es de 15 horas, lo que evita que se produzcan fluctuaciones de la disponibilidad de energía. Es así como se consigue superar uno de los inconvenientes tecnológicos que históricamente se le han atribuido a la termosolar, que es la obtención de energía durante las 24 horas del día y varios meses al año o en situaciones de nula insolación.

De esta forma una fuente renovable como la solar se convierte en esta central en energía gestionable al ser capaz de suministrar a la red en función de la demanda y a conveniencia. Con lo que ello supone de “repercusión social”, recuerdan desde Torresol Energy, “porque no hay que olvidar que durante las primeras horas de la noche es cuando se producen los mayores picos en cuanto a consumo”.

Aunque esa reflexión es oportuna, si hablamos en términos de rendimiento y operación no se pueden poner peros a la rentabilidad de Gemasolar. El excedente de calor que aportan las sales fundidas que se almacenan en el tanque, que registran temperaturas superiores a los 500º C y que hacen posible la transferencia térmica, unido a la alta radiación que se alcanza en el receptor y que permite disponer de vapor más presurizado y caliente, lo que incrementa de forma considerable el rendimiento de la turbina de vapor, hacen que la eficiencia energética de la planta asegure una producción eléctrica de unas 6.500 horas al año, que es entre 1,5 y tres veces superior a la de otras fuentes renovables. O lo que es lo mismo, capacitada para abastecer a una ciudad de 25.000 hogares y reducir las emisiones de CO2 a la atmósfera en más de 30.000 toneladas al año con una turbina cuya potencia nominal es de 19,9 MWe. No en vano, esta fábrica de electricidad ha sido diseñada para almacenar cerca de 800 MWh térmicos de energía.

No quedarse quietos
Durante el proceso de construcción, delegaciones de gobiernos y universidades de países como Estados Unidos o Australia han visitado la planta para conocer de primera mano el proyecto, que ha contado con el apoyo de la Junta de Andalucía. Los planes para construir una planta de torre central de más capacidad en el emirato de Abu Dabi entre los dos socios que han hecho posible la planta sevillana no han cambiado. De hecho, y de la mano de Masdar, se está trabajando de forma activa en algunas de las fases previas al proyecto.

Tampoco se descarta por parte de Sener, que como propietario de la tecnología que se ha implementado en ella pueda ofertarla a las empresas que considere más apropiadas, la construcción de más centrales de esta tecnología CSP de torre en España, “asumiendo que las futuras condiciones de tarifa permitan financiar inversiones en el sector termosolar”.

Gemasolar incorpora muchas novedades de investigación y desarrollo a nivel mundial, tanto en aspectos de diseño como de aplicaciones para facilitar y optimizar la operación y el mantenimiento. Para estos menesteres cuenta con una plantilla de 33 personas altamente cualificadas, en su mayoría distribuidas en turnos rotatorios. Junto con el ayuntamiento de Fuentes de Andalucía, se han organizado una serie de programas para la formación del personal que han tenido como resultado que más de la mitad de los empleos directos se hayan cubierto con residentes en el municipio.

Los trabajos no relacionados de manera específica con el proceso se han delegado en empresas de servicios de la zona, lo que ha supuesto una importante inyección de mano de obra adicional. Sin renunciar a la mejora de los sistemas implantados en la instalación. De hecho, en el propio emplazamiento se ha creado una zona experimental para el ensayo de prototipos y la adquisición de experiencia en el manejo de fluidos térmicos, materiales, sistemas y equipos u otras operaciones, lo que ofrecerá oportunidades de colaboración con centros docentes y otras instituciones.

Enrique Sendagorta está convencido de que la tecnología de torre central con sales fundidas “es la que mayor potencial de desarrollo tiene en el futuro”. El presidente de Torresol Energy afirma categórico que Gemasolar supondrá una revolución en el sector de la energía solar por concentración, “pues la estandarización de esta técnica supondrá una reducción real en los costes de inversión en plantas solares”. Sener ya se ha puesto manos a la obra y está trabajando en posibles soluciones para materializar ese abaratamiento de los costes, que vendría dado por la introducción de un sistema mono-tanque que suprimiría del circuito uno de los depósitos o por un campo solar de nueva composición y de gestión más eficiente. El que no corre, vuela.

Más información:
www.torresolenergy.com
www.sener.es


De premios y didáctica
Sener ha sido seleccionada para representar a España en la categoría de innovación en los prestigiosos premios European Business Awards 2011 que se fallarán en noviembre en Barcelona gracias a Gemasolar. Como proyecto, ha recibido varios reconocimientos como el premio CSP Today en la modalidad de Innovación Tecnológica o el de fomento de la investigación que le otorgó la Universidad de Almería en 2009.

Implicado como está en programas de investigación y desarrollo, Torresol Energy ha establecido una red de colaboraciones para fomentar programas de innovación. No solo en Andalucía sino también con otros organismos e instituciones. Como la Plataforma Solar de Almería, la Universidades de Cádiz, Granada o Almería, o la Escuela Superior de Ingenieros de Sevilla. Los ingenieros de Sener tienen una estrecha relación con centros tecnológicos como la Corporación Tecnológica de Andalucía y el Centro Tecnológico Andaluz de Energías Renovables, o instituciones como el Ente Vasco de la Energía. El objetivo investigador es común a todos ellos: reducir de forma significativa los costes de generación de la energía de origen termoeléctrico para convertirla en una alternativa competitiva a las energías tradicionales.

Crecer para mejorar
Gemasolar es uno de los 15 proyectos de ingeniería en energía solar por concentración (concentrating solar power, CSP) que Sener ha desarrollado en apenas seis años por toda la geografía española. Desde que Andasol 1, su primer gran proyecto, echara a andar allá por el año 2005, la empresa ha hecho una apuesta por la innovación con un único propósito: hacer plantas más eficientes. Ese reto no solo le ha valido un considerable número de contratos, sino que su tecnología innovadora está siendo incorporada por la competencia.

Recientemente, la compañía se ha adjudicado el contrato para desarrollar la ingeniería y construcción del campo solar de tres nuevas plantas termosolares. Son los proyectos Aste 1 A y Aste 1 B en Alcázar de San Juan (Ciudad Real), y Termosolar Soluz Guzmán en Palma del Río (Córdoba). Estas plantas, con tecnología de colectores cilindro parabólicos y una potencia de 50 MW cada una, podrían estar listas a finales de 2012. Con estos tres acuerdos, el grupo vasco suma una quincena de centrales termosolares, cinco de ellas ya en funcionamiento y dos más que se pondrán en marcha en breve. Son Valle 1 y Valle 2, en San José del Valle (Cádiz), con 50 MW cada una y 7,5 horas de almacenamiento térmico. Juntas supondrán cerca de 1 GWe de potencia instalada, lo que le convierte en líder indiscutible por número de proyectos.

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Uno de los precursores fue la central Themis, prototipo construido en el pirineo oriental frances: http://es.wikipedia.org/wiki/Central_solar_Th%C3%A9mis También venia con almacenamiento de sales fundidos. La fue a visitar después de su cierre. Según el guia, tuvieron problemas para mantener los sales en estado liquido en las tuberias. También se desvió parte de presupuesto solar para diseñar programas de seguridad que sirvieron a la industria nuclear francesa.