fichtnersolar energia solar termoelectrica spa

ENERGIA SOLAR TERMOELCTRICA

PASOS FIRMES CONTRA EL CAMBIO CLIMTICO

Hasta el 2020 se evitara la emisin a la atmsfera de un total de 154 millones de toneladas de dixido de carbono, lo que supondra una contribucin sustancial a los objetivos internacionales contra el cambio climtico.

CONTENIDOANTECEDENTES RESUMENPARTE 1: ELECTRICIDAD SOLAR TERMICA: LOS FUNDAMENTOS

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PARTE 2: ELECTRICIDAD SOLAR TERMICA: TECNOLOGIA, COSTES Y BENEFICIOS PARTE 3: EL MERCADO TERMICO SOLAR GLOBAL PARTE 4: EL FUTURO DE LA ELECTRICIDAD SOLAR TERMICA PARTE 5: RECOMENDACIONES POLITICAS

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CENTRALES TERMOSOLARES 1

ANTECEDENTESLA VISION ES CLARA: LAS CENTRALES SOLARES TERMOELECTRICAS PUEDEN CONVERTIRSE EN LOS PARQUES EOLICOS MARINOS DEL DESIERTO: APROVECHAR EL CALOR DEL SOL PARA COMBATIR EL CAMBIO CLIMATICO.Este informe demuestra que no hay barreras tcnicas, econmicas o de recursos para suministrar el 5% de las necesidades elctricas mundiales con slo electricidad solar trmica en el 2040, incluso asumiendo que la demanda elctrica global se podra doblar para entonces. La industria termosolar puede convertirse en un negocio dinmico e innovador de 15.000 millones de anuales en 20 aos, abriendo una nueva era de progreso econmico, tecnolgico y medioambiental global. Los beneficios de la electricidad solar son convincentes: proteccin medioambiental, crecimiento econmico, creacin de empleo, diversificacin de suministro de combustibles y rpido despliegue, as como el potencial global de transferencia tecnolgica e innovacin. La ventaja subyacente de la electricidad solar es que el combustible es gratuito, abundante e inagotable. La cantidad total de energa irradiada del sol a la superficie terrestre es suficiente para suministrar ms de 10.000 veces el consumo elctrico global. La electricidad solar trmica no necesita ser inventada, ni hay necesidad de esperar a ningn "avance importante" mgico; est lista para una puesta en prctica mundial hoy mismo.

La visin es clara: las centrales elctricas termosolares pueden convertirse en los parques elicos marinos de tierra adentro: aprovechar el calor del sol para combatir el cambio climtico. Compromiso poltico urgente

El slido compromiso industrial y poltico con la expansin de la industria de las centrales elctricas solares trmicas perfilado en este informe muestra claramente que la aparicin actual de actividad en el sector de electricidad solar representa tan slo una muestra de la masiva expansin de la que es capaz en las prximas dcadas. Pero aunque los informes son una gua util, es la gente quien cambia el mundo con sus acciones. Nosotros animamos a polticos y legisladores, ciudadanos en general, especialistas del sector, empresas, inversores y otras partes interesadas a apoyar la Un slido consenso internacional sobre cambio climtico afirma electricidad solar trmica dando pasos concretos que ayudarn a claramente que no es una opcin seguir como estamos, el mundo asegurar que cientos de millones de personas obtengan su debe avanzar rpidamente hacia una economa de energa limpia. electricidad del sol, aprovechando su pleno potencial para el bien La electricidad solar trmica es una opcin primaria para desarrollar comn. una fuente asequible, viable y global de energa que puede sustituir Tras la Cumbre de la Tierra de Johanesburgo del 2002, se form la a los combustibles fsiles en las zonas ms soleadas de la Tierra. Coalicin de Energas Renovables, con ms de 80 pases proclamando que su objetivo es aumentar sustancialmente la cuota Electricidad para 100 millones de personas global de las fuentes de energas renovables a partir de "objetivos Greenpeace y la Asociacin Europea de la Industria Solar Trmica (ESTIA en ingls) han producido juntos este informe para dar a claros y ambiciosos con fecha fija. Las declaraciones polticas sigconocer la contribucin que la electricidad solar trmica puede hacer nifican poco si no se llevan a la prctica. Este informe indica una serie al suministro energtico mundial. El informe es un ejercicio prctico de acciones que los gobiernos pueden llevar a cabo y muestra, con para mostrar que la electricidad solar trmica puede suministrar slo una tecnologa de renovables, lo que es posible. electricidad en dos dcadas a ms de 100 millones de personas que viven en las partes ms soleadas del mundo. La electricidad solar trmica es una tecnologa de escala global que puede satisfacer las necesidades energticas y de desarrollo del Las modernas centrales elctricas termosolares (CET) propor- mundo sin destruirlo. cionan una cantidad de electricidad equivalente a la produccin Nota: Las cifras de este informe aparecen tanto en dlares de EE.UU. como de las centrales convencionales y pueden construirse en meses. en euros, que en el momento de escribir esto tienen un valor similar. El El objetivo de este informe es avanzar en los lmites del smbolo $ se usa siempre referido al dlar de EE.UU. a menos que se progreso tecnolgico y desvelar sus futuros beneficios.indique lo contrario. .

Co-autor Georg. Brakmann, Presidente European Solar Thermal Industry Association

Co-autor Rainer. Aringhoff, Secretario General European Solar Thermal Industry Association

Sven Teske, B.Sc

Director de Renovables, Greenpeace


RESUMEN

La electricidad solar trmica es una tecnologa relativamente nueva que ya se ha mostrado muy prometedora. Con poco impacto ambiental y siendo una fuente masiva, ofrece una oportunidad a los pases ms soleados del mundo comparable al avance que los parques elicos marinos est ofreciendo actualmente a los pases europeos con ms viento en costas y mares. La electricidad solar trmica usa directamente el sol, por lo que debe situarse en regiones con una alta radiacin solar directa. Entre las reas ms prometedoras del mundo estn el Suroeste de Estados Unidos, Amrica Central y del Sur, Africa, Oriente Prximo, la Europa Mediterrnea, Irn, Pakistn, y las regiones desrticas de India, la ex-Unin Sovitica, China y Australia.

Electricidad del Sol

generacin que oscilan hoy entre 10-13 centavos de $/kWh. Sin embargo, se espera que en el futuro los costes caigan a 5 centavos de $. Juntas, tecnologas avanzadas, produccin en masa, economas de escala y mejoras en la operacin, permitirn una reduccin en el coste de la electricidad solar a un nivel competitivo con las centrales trmicas de combustibles fsiles en los prximos 10 a 15 aos.

Tecnologa, costes y beneficiosPara producir electricidad a partir de la energa solar trmica se requieren cuatro elementos: concentrador, receptor, alguna forma de transporte del calor, almacenamiento y conversin de la energa, un equipo que es muy similar al de una planta de combustible fsil. Las tres tecnologas solares trmicas ms prometedoras son el concentrador cilindroparablico (CCP), el receptor central o central de torre y el disco parablico. Los sistemas de CCP usan espejos reflectores en forma de canal para concentrar la luz solar en un tubo en el cual un fluido de transferencia trmica se calienta a unos 400C y se utiliza despus para producir vapor sobrecalentado. Representan la tecnologa de energa solar trmica ms madura con 354 MWe de centrales ya conectadas a la red del sur de California desde los 80s y ms de dos kilmetros cuadrados de colectores cilndrico parablicos. Estas centrales suministran 800 millones de kWh anuales suficiente para ms de 200.000 hogares a un coste de generacin de unos 10-13 cntimos de $ /kWh.

En muchas regiones del mundo, un kilmetro cuadrado de tierra basta para generar unos 100-200 Gigavatios hora (GWh) de electricidad al ao usando la tecnologa solar termoelctrica. Esto equivale a la produccin anual de una central trmica convencional de carbn o de gas de 50 MW. A nivel mundial, la explotacin de menos del 1% del potencial solar trmico total sera suficiente para estabilizar el clima mundial mediante reducciones masivas de CO 2.

Convertir el calor del sol en electricidadProducir electricidad de la energa de los rayos solares es un pro ceso relativamente sencillo. La radiacin solar directa puede con centrarse y recogerse mediante una serie de tecnologas (TCS) que proporcionarian temperaturas de medias a altas. Este calor se utiliza entonces para operar un ciclo termodinmico convencional, por ejemplo mediante una turbina de vapor o de gas, o un motor Stirling. El calor solar recogido durante el da puede tambin almacenarse en medios lquidos, slidos o que cambian de fase, como sales fundidas, cermicas, cemento, o en el futuro, mezclas de sales que cambian de fase. Por la noche, puede extraerse el calor del medio de almacenamiento para hacer funcionar la turbina. Las centrales elctricas termosolares se pueden disear para generacin exclusivamente solar, ideal para satisfacer demanda diurna, pero con los sistemas de almacenamiento futuros se puede extender su operacin casi a requisitos de carga base. La electricidad solar trmica tambin est abaratando costes de produccin. Las centrales que operan en California ya han alcanzado impresionantes reducciones de costes, con costes de

Ahora se estn consiguiendo ms avances en la tecnologa, con los proyectos de gran escala previstos en Grecia, Espaa, Egipto, Mxico, India, Marruecos, Irn, Israel, Italia, Estados Unidos y Argelia. La electricidad generada por este tipo de cen trales que se combinan con una central de gas de ciclo combi nado (ISCC Integrated Solar Combined Cycle) se espera que cueste hoy 6 cnt. de /kWh y 5 cnt. de a medio plazo. Los sistemas de receptor central (central de torre) usan una disposicin circular de grandes espejos de trayectoria individual (helistatos) para concentrar la luz solar en un receptor central montado en lo alto de la torre, con el calor para la ge neracin de electrcicidad transferido a travs de una variedad. de medios. Tras una escala intermedia de hasta 30 MW de capacidad, los promotores confian que se puedan construir centrales de torre conectadas a la red de hasta 200 MWe de unidades slo solares. El uso de almacenamiento trmico aumentar su flexibilidad.


Estos y otros factores han llevado a un inters significativo en la construccin de centrales en las regiones soleadas. Adems, las Los sistemas de discos parablicos son unidades menores en tasas de inters y los costes de capital han cado drsticamente a comparacin que usan un reflector en forma de disco para nivel mundial, aumentando la viabilidad de los proyectos de energa concentrar la radiacin solar y gas o aire calentado para gerenovable de importante capital inicial. Como ejemplos especficos nerar electricidad en un motor en el punto focal del reflector. Su de grandes poyectos termosolares actualmente planeados en el potencial reside sobre todo en el suministro elctrico descentra- mundo, la evidencia de la "carrera por ser el primero", se incluye: lizado y remoto, en los sistemas elctricos independientes. Hay proyectos planeados en EE.UU., Australia y Europa. En cuanto al Argelia: Planta ISCC* de 140 MW con 35 MW de coste de la electricidad, un objetivo alcanzable a medio plazo es capacidad solar. una cifra inferior a 15 cnts/kWh. Australia: 35 MW en un grupo CLFR** para precalentar vapor en una central de carbn de 2000 MW. En el desarrollo actual se han abierto dos grandes vas Planta ISCC de 127 MW con 29 MW de para el suministro a gran escala de electricidad generada con Egipto: capacidad solar. energa solar trmica. Una es el tipo ISCC, operacin hbrida de coleccin solar combinada con una planta de ciclo combiinado alimentada por gas, debindose introducir criterios para evaluar la calidad de la hibridacin. Grecia: 50 MW de capacidad solar con ciclo de vapor. India: Planta ISCC de 140 MW con 35 MW de capacidad solar. 100 MW en operacin solar hbrida. 40 MW de capacidad solar con ciclo de vapor. Planta ISCC de 300 MW con 29 MW de capacidad solar. Planta ISCC de 230 MW con 35 MW de capacidad solar. 2 x 50 MW de capacidad solar con ciclo de vapor y almacenamiento. 50 MW de sistemas de generacin elctrica solar. 1 MW de colectores parablicos usando un motor ORC.

Aunque se considera que las centrales de torre estn ms lejos de la comercializacin que los CCP, las torres solares tienen buenas perspectivas a largo plazo por su alta eficiencia de conversin. Hay proyectos en varias fases de desarrollo (de la evaluacin a la puesta en marcha) en Espaa, Sudfrica, y los EEUU. En el futuro, los proyectos de centrales de torre se beneficiarn de reducciones de costes similares a los que se esperan en las centrales de colectores cilndrico parablicos. La previsin es que los costes totales de la electricidad bajarn a 5 cnts/kWh en el medio a largo plazo.

Una serie de pases han introducido legislaciones nacionales que obligan a los suministradores elctricos a usar un porcentaje creciente de su suministro de fuentes renovables. Enormes lneas de transmisin elctrica de alto voltaje desde lugares de gran aislamiento como el norte de Africa, podra animar a las empresas europeas a financiar grandes centrales solares cuya electricidad sera utilizada en Europa.

La otra es la operacin solar nica, con una turbina de vapor Israel: convencional, y cada vez ms con el uso de un medio como la Italia sal fundida para el almacenamiento. Esto permite que la Mxico: energa solar recogida por el da sea almacenada y luego distribuida cuando la demanda lo requiere. Marruecos: Un beneficio principal de la energa solar trmica es el poco im pacto ambiental, con ninguna de las emisiones contaminantes Espaa: o inquietudes de seguridad asociadas a las tecnologas de ge neracin convencionales. No hay contaminacin en forma de gases de combustin durante la operacin. Desmantelar una EEUU: central no plantea problemas. Cada metro cuadrado de superficie de una central solar basta para evitar la produccin anual de 200 kilogramos (kg) de di xido de carbono. Por tanto, la energa solar puede hacer una contribucin sustancial a los compromisos internacionales para reducir emisiones de gases de efecto invernadero que contri buyen al cambio climtico. EEUU:

El futuro de la electricidad solar trmicaEl escenario preparado por Greenpeace Internacional y la Asociacin Europea de la Industria Solar Trmica prev lo que se podra conseguir en el ao 2020 dadas las condiciones de mercado adecuadas. Se basa en los avances esperados en la tecnologa solar termoelctrica en conjunto con el creciente nmero de pases que estn apoyando proyectos para alcanzar objetivos tanto de reduccin de emisiones como de suministro de electricidad.*ISCC: Central Solar Integrada de Ciclo Combinado **CLFR: Reflectores Compactos de Fresnel

El mercado solar trmico mundialSe estn abriendo nuevas oportunidades para la energa solar termoelctrica como consecuencia de la bsqueda global de soluciones energticas limpias. Iniciativas nacionales e internacionales apoyan la tecnologa, alentando la comercializacin de la produccin.


RESULTADOS CLAVES DEL ESCENARIO 2002-2020 DE GREENPEACE-ESTIACapacidad de Electricidad Solar Trmica en 2020 Produccin elctrica en 2020 Inversin acumulada Empleo generado Emisiones de carbono evitadas 2002 2020 Emisiones anuales de carbono evitadas en 2020 Proyeccin 2021-2040 Capacidad elctrica solar trmica en 2040 Produccin elctrica en 2040 Porcentaje de demanda global 630.000 MW 1573 TWh 5% 21.540 MW 54.600.000 MWh (54,6 TWh) 41.800 millones de $ 200.000 puestos de trabajo 154 millones de toneladas de CO2 32,7 millones de toneladas de CO2

Durante el perodo del escenario, la tecnologa solar trmica habr subido desde una posicin relativamente marginal en la jerarqua de las fuentes de energa renovables hasta alcanzar un estatus sustancial junto a los actuales lderes de mercado como las energas hidralica y elica. Desde el nivel actual de slo 354 MW, para el 2015 la capacidad total instalada de centrales elctricas termosolares habr alcanzado los 5.000 MW. Para el 2020 la capacidad adicional estara aumentando a razn de casi 4.500 MW al ao. Para el 2020, la capacidad total instalada en el mundo de energa solar trmica habr alcanzado 21.540 MW. La energa solar trmica habr alcanzado una produccin anual de ms de 54.600.000 MWh (54,6 TWh). Esto es equivalente a ms de un tercio de la demanda elctrica de Australia. El capital invertido en centrales solares trmicas aumentar de 375 millones de $ en el 2005 a casi 7.600 millones de $ en el 2020. La inversin total en el perdo del escenario ascendera a 41.800 millones de $. La expansin de la industria de la energa solar trmica creara 200.000 empleos en el mundo, incluso sin contar aquellos implicados en la maquinaria.

Los cinco pases ms prometedores en trminos de los objetivos o potenciales gubernamentales de acuerdo con el escenario, cada uno con ms de 1.000 MW de proyectos de solar trmica esperados para el 2020, son Espaa, Estados Unidos, Mxico, Australia y Sudfrica. Durante el perodo hasta el 2020 se evitara la emisin total de 154 millones de toneladas de dixido de carbono a la atmsfera, lo que supondra una importante contribucin a los objetivos internacionales de proteccin del clima. Se ha hecho tambin una proyeccin del potencial de expansin del mercado de la energa solar trmica en otras dos dcadas, hasta el 2040. Esta proyeccin muestra que para el 2030 la capacidad mundial habr alcanzado 106.000 MW, y para el 2040 un nivel de casi 630.000 MW. El aumento de disponibilidad de las centrales debido al mayor uso de tecnologas eficaces de almacenamiento tambin aumentar la cantidad de electricidad generada por una capacidad instalada dada. El resultado es que para el 2040 ms del 5% de la demanda elctrica mundial podra satisfacerse con energa solar trmica.


PARTE1Patente del primer colector parbolico solar en 1907 al Dr. W. Maier de Aalen y A. Remshardt Stuttgart. Estos primeros diseos formaron las bases de desarrollos de I+D al final de los 70 y principio de los 80, cuando los proyectos de solar trmica se emprendieron en pases industrializados como Estados Unidos, Rusia, Japn, Espaa e Italia (ver Tabla 1). Muchas de estas centrales, cubriendo todo el espectro de tecnologas disponibles, no llegaron a alcanzar los niveles esperados de rendimiento, y la I+D posterior ha seguido concentrndose en mejoras tecnolgicas e incrementos de tamao de la unidad.

ELECTRICIDAD SOLAR TERMICA LOS FUNDAMENTOS1. Electricidad solarLa electricidad solar trmica es una tecnologa relativamente nueva que ya ha mostrado su enorme potencial. Con pocos impactos ambien tales y una fuente masiva, ofrece una oportunidad a los pases ms soleados de la tierra que se puede comparar a la que los parques elicos marinos estn ofreciendo actualmente a pases europeos y no europeos con viento en sus costas.


La energa solar trmica utiliza la radiacin solar directa, por lo que se extender su operacin a cubrir la carga base. Durante la fase de debe situar en regiones con alta radiacin solar directa. Los endesarrollo de mercado de la tecnologa, es probable que la opcin claves adecuados deben ofrecer al menos 2.000 kWh/m2 de ms favorecida sean las centrales hbridas con apoyo de combusirradiacin solar directa anual, an pudiendo funcionar con umbrales tibles fsiles. Esto supondra, p.e. centrales Solares Integradas inferiores, mientras que los mejores enclaves ofrecern ms de de Ciclo Combinado (ISCC) para operar a carga media o base. 2.500kWh/m2 . Los enclaves tpicos, en los que clima y vegetacin no ofrecen niveles altos de humedad atmosfrica, incluyen estepas, La generacin combinada de calor y electricidad por TCS tiene matorrales, sabanas, semidesiertos y desiertos, situados idealmente a un potencial especialmente prometedor, ya que el alto valor de 40 grados de latitud. Entre las zonas ms prometedoras del mundo entrada energtica se usa a la mayor eficiencia posible, superando estn, por tanto, el Suroeste de Estados Unidos, Amrica Central y el 85%. El calor del proceso de generacin combinada se puede del Sur, Africa, Oriente Medio, los pases de la Europa usar para aplicaciones industriales, refrigeracin de distrito o aaaa Mediterrnea, Irn, Pakistn y las regiones desrticas de India, la exdesalacin de agua. Unin Sovitica, China y Australia. Las actuales tecnologas TCS incluyen las centrales de colectores parablicos, las centrales de torre y los discos parablicos (ver Parte En muchas regiones del mundo un kilmetro cuadradro de terreno dos). Las centrales de CCP con una capacidad instalada de 354 MW basta para generar entre 100-200 Gigavatios hora (GWh) llevan en operacin comercial varios aos mientras que las centrales de electricidad solar al ao usando tecnologa solar trmica. Esto de torre y los discos parablicos se han probado con xito en varios equivale a la produccin anual de una central trmica convencional proyectos experimentales. de carbn o de gas de 50 MW. Durante todo el ciclo de vida de un sistema elctrico solar trmico, su produccin equivaldra a la 3. Por qu concentrar la energa solar? energa contenida en 16 millones de barriles de petrleo. Concentrar energa solar para generar electricidad es una de las A nivel mundial la explotacin de menos del 1% del potencial total tecnologas mejor situadas para ayudar a frenar el cambio climsolar trmico bastara para cumplir las recomendaciones del Panel tico de una manera que podemos permitirnos, as como a reducir Intergubernamental de Cambio Climtico de Naciones Unidas (IPCC el consumo de combustibles fsiles. en ingls) para la estabilizacin a largo plazo del clima.

Sostenibilidad medioambientalSin embargo, este gran potencial de energa solar slo se usar hasta un cierto lmite, al estar restringido por la demanda regional y por los recursos tecnolgicos y financieros locales. Si se exporta la electricidad solar a regiones con alta demanda de energa pero pocos recursos solares propios, se podra extraer considerablemente ms energa en los pases del cinturn solar para la proteccin climtica global. Pases como Alemania ya estn considerando seriamente la importacin de electricidad solar de Africa del Norte y la Europa del Sur, como una manera de contribuir al desarrollo sostenible a largo plazo de su sector elctrico. No obstante, se debera seguir dando prioridad al suministro de la legtima demanda autctona. La evaluacin de las emisiones producidas en el ciclo de vida, y de los impactos en el terreno de los sistemas TCS, muestra que son perfectamente adecuados para la reduccin de gases de efecto invernadero y otros contaminantes, sin crear otros riesgos medioambientales o contaminacin. Cada metro cuadrado de superficie de un campo solar TCS es, por ejemplo, suficiente para evitar una emisin anual de 200 kilos(kg) de dixido de carbono. Se amortiza la energa de los sistemas de concentracin elctrica solar en el plazo de tan slo cinco meses. Esto se compara muy favorablemente con una vida til de 25 a 30 aos. La mayora de los materiales usados en los campos solares TCS, p.e. acero y cristal se pueden reciclar y reutilizar en otras centrales.

Sostenibilidad econmica

2. Convertir el calor solar en electricidad

Producir electricidad a partir de la energa de los rayos solares es un proceso relativamente sencillo. La radiacin solar directa se puede concentrar y recoger mediante las tecnologas de concentracin de energa solar (TCS, CSP en ingls) para conseguir calor de temperatura media a alta. Este calor se usa entonces para operar un ciclo convencional de electricidad, p.e. mediante una turbina de vapor o de gas o un motor Stirling. El calor solar recogido por el da tambin puede almacenarse en medio lquido, slido o de cambio de fase como sal fundida, cermica, cemento, o en el futuro, mezclas de sales que cambien de fase. Por la noche, se puede extraer del medio de almacenamiento para hacer funcionar la central de generacin elctrica. Se pueden disear las centrales elctricas solares trmicas para generacin slo solar, idealmente para satisfacer demanda de punta diurna, y con sistemas de almacenamiento futuros, pueden

El coste de la electricidad solar trmica est disminuyendo. La experiencia de los sistemas de generacin elctrica solar (SEGS) en California (ver Parte dos) demuestra que ya se han conseguido hoy reducciones de costes impresionantes, con costes de generacin entre 10 y 13 cnts. de $/kWh. No obstante, la mayora de la curva de aprendizaje est todava por venir.


Tabla 1: Primeras centrales elctricas termosolares

NombreAurelios SSPS/ CRS SSPS/ DCS Sunshine Solar One Themis CESA-1 MSEE SEGS-1 Vanguard 1 MDA C3C-5

UbicacinAdrano, Sicilia Almera, Espaa Almera, Espaa Nio, Japn California, EE.UU. Targasonne, Francia Almeria, Espaa Albuquerque, EE.UU. California, EE.UU. EE.UU. EE.UU. Crimea, Rusia

Tamao (MWe)1 0.5 0.5 1 10 2.5 1 0.75 14 0.025 0.025 5

Tipo, fluido transferencia calor y medio almacenajeTorre, vapor de agua Torre, sodio CC, aceite Torre, vapor de agua Torre, vapor de agua Torre, sal fundida Torre, vapor de agua Torre, sal fundida CCP, aceite, alm. aceite Disco, hidrgeno Disco, hidrgeno Torre, vapor de agua

Entrada en servicio1981 1981 1981 1981 1982 1982 1983 1984 1984 1984 1984 1985

FinanciacinUnin Europea 8 pases europeos y EE.UU. 8 pases europeos y EE.UU. Japn M.En.& emp. serv. pblico EEUU Francia Espaa M.En.& emp. serv. pblico EEUU Luz (compaa privada) Advanco Corp. McDonnell-Douglas Rusia

Tecnologas avanzadas, produccin en masa, economas de escala y mejoras en la operacin permitirn en su conjunto reducir el coste de la electricidad termosolar a un nivel competitivo con otras fuentes de energa en los prximos 10 a 15 aos. Esto reducir la dependencia de combustibles fsiles y el riesgo del aumento de costes de la electricidad en el futuro. Las centrales hbridas solarfsil usando esquemas de financiacin especiales en sitios favorables ya pueden suministrar electricidad a precios competitivos. La competencia por aspectos econmicos de centrales elctricas solares trmicas viene de centrales convencionales de combustibles fsiles conectadas a la red, especialmente las modernas centrales de gas de ciclo combinado operando a carga media o base. En los sistemas de generacin a pequea escala sin conexin a red, como islas o pases en desarrollo, la competencia son los generadores de motores elctricos diesel a gasleo o fuel pesado. Sin embargo, la mezcla de factores, incluyendo reforma del sector elctrico, aumento de demanda de energa limpia, posibilidad de ganar crditos de carbono por generacin no contaminante y esquemas de apoyo directo a las energas renovables en varios pases, estn aumentando la viabilidad de tales proyectos.

4. Los comienzos

El inters por disear artefactos para suministrar energa renovable usando los rayos solares empez unos 100 aos antes de que la crisis del precio del petrleo de los aos 70 provocara el desarrollo moderno de las renovables. Los experimentos empezaron en los aos 1860 con el primer motor alimentado por energa solar de A. Mouchout produciendo vapor en un caldero de hierro encerrado en cristal, continuando los primeros motores comerciales solares de A. Eneas a a inicios del siglo XX. En 1907 Maier de Aalen y Remshardt de Stutgart obtuvieron patente para un dispositivo que usaba directamente la radiacin solar para la generacin de vapor. Se bas en la tecnologa del CCP solar. En 1912 Shuman us esta tecnologa para construir una central de colectores cilndrico parablicos de 45kW de seguimiento del sol en Meadi, Egipto. Estos diseos iniciales formaron las bases de desarrollos I+D de finales de los aos 70 y principios de los 80, cuando se emprendieron proyectos solares trmicos en varios pases industrializados como Estados Unidos, Rusia, Japn, Espaa e Italia (ver tabla 1). Muchas de estas centrales, cubriendo todo el espectro de tecnologas disponibles, no consiguieron alcanzar los niveles de rendimiento esperados, y por eso la I+D ha continuado concentrndose en la mejora tecnolgica y el aumento de tamao de las unidades.

Un avance importante lleg a principios de los aos 80 cuando la compaa americo-israeli Luz International comercializ la tecnologa construyendo una serie de nueve centrales de generacin elctrica solar en el desierto californiano de Mojave. Las centrales SEGS varan de 14 a 80 MWe de capacidad y acumulan una capacidad de 354 MW para la red de suministro del Sur de California.


Vista area de cinco centrales de 30MW SEGS en Kramer Junction, California

ELECTRICIDAD SOLAR TERMICA: TECNOLOGIA, COSTES Y BENEFICIOS1. Tecnologa: perspectiva general.Las centrales elctricas termosolares producen electricidad casi de la misma forma que las centrales convencionales. La diferencia es que obtienen su energa primaria concentrando radiacin solar y convirtindola en vapor o gas a alta temperatura para hacer funcionar una turbina o un motor. Se requieren 4 elementos principales: un concentrador, un receptor, algun medio de transporte o almacenamiento del calor, y conversin elctrica. Son posibles muchos tipos distintos de sistemas, incluso combinaciones con otras tecnologas renovables y no renovables, pero las tres tecnologas solares trmicas ms prometedoras son:


Figura 1: Concentrador cilindroparablico (CCP) Se usan reflectores de espejo en forma de canal para concentrar la luz solar en los tubos del receptor trmicamente eficiente situados en la lnea focal del canal. En estos tubos circula un fluido de transferencia del calor, como un aceite trmico sinttico. Calentado a unos 400C por los rayos solares concentrados, se bombea este aceite en una serie de intercambiadores de calor para producir vapor sobrecalentado. Este vapor se convierte en energa elctrica en un generador de turbina de gas convencional, que puede ser parte de un ciclo de vapor convencional o integrado en una turbina de ciclo combinado de vapor y gas.

Tubo de absorcin

Reflector Tubera del campo solar

Figura 2: Central de torre Se usa un conjunto circular de helistatos (grandes espejos de traccin individual para concentrar la luz solar en un receptor central montado en lo alto de una torre. Un medio de transferencia de calor en este receptor central absorbe la radiacin altamente concentrada reflejada por los heliostatos y la convierte en energa trmica para ser usada en la generacin subsiguiente de vapor sobrecalentado para el funcionamiento de la turbina. Los medios de transferencia de calor usados hasta ahora incluyen agua/vapor, sales fundidas, sodio lquido y aire. SI se presuriza un gas o incluso aire en el receptor, puede usarse alternativamente para hacer funcionar una turbina de gas (en lugar de producir vapor para una turbina de vapor).

Receptor central

Helistatos

Figura 3: Disco parablico Se usa un reflector parablico de forma de disco para concentrar la luz solar en un receptor situado en el punto focal del disco. Este absorbe la energa reflejada por los concentradores, haciendo que el fluido del receptor se caliente a unos 750C. Este se usa entonces para generar electricidad en un pequeo motor, p.e. un motor Stirling o una micro turbina, unida al receptor.

Receptor/Motor

Reflector

Cada tecnologa tiene sus propias caractersticas, ventajas y desventajas, algunas de las cuales se muestran en la Tabla 2.


Tabla 2: Comparacin de tecnologas de electricidad solar trmica

Concentrador (CCP)Aplicaciones Centrales conectadas a la red, calor de proceso (unidad mayor construida hasta la fecha: 80 MWe) Comercialmente disponiblems de 10.000 millones de kWh de experiencia operacional; operan a una temperatura potencial de hasta 500C (400C comercialmente probados) Rendimiento anual comercialmente probado del 14% de la produccin solar elctrica a la red Costes de inversin y operacin comercialmente probados Modularidad Mejor empleo del terreno Demanda de material ms baja Concepto hbrido probado Capacidad de almacenamiento El uso de aceites como medios de transferencia de calor restringe las temperaturas de operacin a 400C, lo que origina calidades de vapor moderadas Mucho terreno y agua

Central de torreCentrales conectadas a la red, calor de proceso a alta temperatura (unidad mayor construida hasta la fecha: 10 MWe) Buenas perspectivas a medio plazo de altas eficiencias de conversin con coleccin solar operando a temperaturas de hasta 1000C potenciales (565C probados a 10MW) Almacenamiento a altas T (C) Operacin hbrida posible

Disco ParablicoAplicaciones independientes o pequeos sist. elctricos aislados (unidad mayor construida hasta la fecha: 25 kWe) Eficiencia de conversin muy alta mxima de solar a elctrica de aproximadamente un 30% Modularidad Operacin hbrida posible Experiencia operacional de los primeros prototipos

Ventajas

Desventajas

Valores de rendimiento anual proyectados, costes de inversin y operacin todava no vistos en operacin comercial

Fiabilidad tiene que mejorar Todava por conseguir los costes proyectados de produccin en masa

2. Sistemas concentradores cilndroparablicosDesarrollos tecnolgicosLos concentradores cilindroparablicos (CCP) son la tecnologa solar termoelctrica ms madura, con 354 MW conectados a la red del sur de California desde los aos 80 y ms de 2 millones de metros cuadrados de CCP operando con una disponibilidad a largo plazo superior al 99%. Suministrando 800 millones de kWh anuales a un coste de generacin de unos 10-12 centavos de $ /kWh, estas centrales han mostrado un mximo de eficiencia estival del 21% en trminos de conversin de la radiacin solar directa en electricidad en la red (ver cuadro "Centrales elctricas SEGS de California en la pgina 14). Pero aunque hayan tenido xito, para nada suponen el final de la curva de aprendizaje. Un diseo estructural avanzado aumentar la precisin ptica reduciendo al mismo tiempo peso y costes. Si se aumenta la longitud de la unidad de colectores, se podrn reducir ms las prdidas de los extremos y ahorrar en los sistemas de funcionamiento y conexin a las tuberas. La nueva generacin de tubos receptores tambin reducir ms las prdidas trmicas a la vez que aumenta la fiabilidad. Las mejoras en el medio de transferencia de calor aumentarn temperatura de operacin y rendimiento. El almacenamiento trmico masivo a bajo coste aumentar las horas de operacin anuales reduciendo los costes de generacin. Sin embargo, an ms importante para otras reducciones de costes, es la produccin en masa automatizada para aumentar constatemente el desarrollo del mercado. Actualmente

se estn desarrollando nuevos diseos estructurales de colectores en Europa y EEUU, mientras que se trabaja en mejorar los tubos del receptor en Israel, Alemania y EE.UU. Lo que promete ser la prxima generacin en tecnologa de colector cilindroparablico se ha desarrollado por un consorcio europeo en la Plataforma Solar de Almera (Espaa) desde 1998. Conocido como Eurocolector (EuroTrough en ingls), pretende mejorar el rendimiento y abaratar costes usando los mismos componentes principales espejos parablicos y tubos de absorcin que en centrales comercialmente maduras de California, pero aumentando significativamente la precisin ptica mediante un diseo completamente nuevo de la estructura del canal. Con fondos de la Unin Europea, se pusieron en servicio con xito en el 2000 y 2002 dos prototipos de Eurocolector de 100m y 150m respectivamente en el Centro de Investigacin de la Plataforma Solar.

SOLAR TERMICA CENTRALES ELECTRICAS 11

Figura 4: Generacin elctrica en centrales de concentradores cilndroparablicos de California, 1985 - 200116000 1,600,000

Ingresos por electricidad [Millones $ EEUU]

14000

1,400,000

Produccin elctrica anual [GWh] Produccin elctrica acumulada [GWh] Ventas acumuladas [M$]

Produccin elctrica [GWh]

12000

1,200,000

10000

1,000,000

8000

800,000

6000

600,000

4000

400,000

2000

200,000

0 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001

0

Ao

Figura 5: Patrn estival de produccin diaria en la central SEGS VI en Kramer Junction, California

1,000

100

Radiacin solar directa ) Eficiencia del campo solar Eficiencia solar a elctrica

800

80

Radiacin solar directa [W/m]

600

60

400

40

200

20

0 05.00 07.00 09.00 11.00 13.00 15.00 17.00 19.00 21.00

0

Figura 6: de un

Principios de operacin y trayectoria diaria concentrador cilndroparablico

Recorrido solar de este a oeste

Espejo cilindroparablico Elemento colector de calor Radiacin normal directa

Eficiencia [%]

Motor empuje


Figura 7: Vista lateral de una unidad colectora ET150 del EuroColector (150m de largo)

12m Elemento colector solar (SCE)

Piln regular

Paneles reflectores cilindroparablicos

Piln de empuje central

Tubos de absorcin (HCE)

Ya est totalmente operacional comercialmente, como parte del proyecto PARASOL, un bucle de 4.360 m2 de colectores avanzados EuroColector con unidades de tanto 100 como 150 m en la central SEGS V en Kramer Junction, California, desde abril de 2003. Desarrollada por Solar Millenium AG de Alemania, ha recibido apoyo financiero del Ministerio alemn de Medio Ambiente. En los EE.UU. y en Blgica se estn desarrollando tambin nuevos diseos de concentradores parablicos. Mientras que las centrales comerciales de California usan aceite sinttico como fluido de transferencia de calor por su baja presin de operacin y almacenabilidad, hay en curso I+D en la Plataforma Solar a travs de los proyectos DISS (vapor solar directo) e INDITEP patrocinados por la Comisin Europea para conseguir generacin de vapor directa en los tubos de absorcin y as eliminar la necesidad de una transferencia de calor intermedia. Esto aumenta la eficiencia y podra reducir costes hasta un 30%. En la primera central DISS piloto se ha generado vapor solar directo a 100 bar y 375C. Tras este xito, el esfuerzo actual en I+D del proyecto INDITEP se centra en aumentar la temperatura del vapor ms all de 400C. El tema de un medio de almacenamiento viable de cambio de fase para los sistemas de vapor directo ser el eje futuro de las actividades de investigacin y desarrollo (I+D).

Otra tecnologa potencial en investigacin es el concepto de un foco lineal parablico con espejos segmentados, usando el principio de Fresnel (vese el cuadro). Aunque reducir la eficiencia, los investigadores esperan un considerable potencial de reduccin de costes ya que la disposicin ms cercana de los espejos reduce el terreno necesario y proporciona debajo un espacio til parcialmente sombreado. En Australia se est desarrollando una alternativa a los rastreadores mecnicos conocida como concentrador solar flotante Yeoman. Estn diseados como una solucin de tecnologa inferior y bajo coste y 2 usan mdulos de flotacin de cemento de 5 m y espejos de tiras de cristal bajo en hierro en la superfie superior de una estructura parablica de Fresnel. Para proteccin de impactos, un simple bomba de riego de alto flujo puede inundar la parte alta de los mdulos en minutos, sumergindolos en medio metro de agua. Se puede producir vapor a alta temperatura y presin con un 60% de eficiencia. La eficiencia final depender de la operacin de la turbina y otros factores. Se planea que los estanques tengan a escala real 110 metros de dimetro y contengan 340 mdulos individuales. Tendran una produccin mxima estimada de 1,5 MW, y unos costes de capital estimados en 1 milln de $ australianos /MW.

Concentradores solares segn el Principio de FresnelUna serie de reflectores lineales de Fresnel (LFR) es un sistema de foco en lnea similar a los concentradores (CCP) en los que la radiacin solar se concentra en un captador lineal invertido elevado mediante una serie de reflectores casi planos. Con las ventajas de bajos costes estructurales de apoyo, juntas de fluido fijas, receptor separado del sistema reflector, y largas longitudes de foco que permiten el uso de cristal convencional, los colectores LFR han atraido una creciente atencin. Se ve la tecnologa como una alternativa de coste inferior a la tecnologa CCP para la produccin de vapor solar para la generacin elctrica. Se puede disear un LFR para que tenga rendimiento trmico similar por rea de abertura al de un cilindro parablico, pero los diseos recientes tienden a usar materiales de reflector menos caros y componentes de captador que reducen el rendimiento ptico.Sin embargo, este rendimiento inferior se compensa por los menores costes de inversin y operacin y mantenimiento. Los LFRadems permiten el uso de terrreno bajo los campos de espejos con otros fines econmicos, como la horticultura. En 1999 la compaa belga Solarmundo construy el mayor prototipo de colector Fresnel, con un colector de 24 m de ancho, y un rea de reflector de 2500 m2. El siguiente paso debera ser una central piloto para demostrar la tecnologa en un sistema a gran escala bajo condiciones de operacin comerciales. Lo ms conveniente y rentable sera una solucin ya preparada de un colector Fresnel conectado a una central elctrica existente. La compaa australiana Solar Heat and Power planeaba para finales del 2003 una serie piloto de 24.000 m2 de reflectores compactos de Fresnel (CLFR) unida a una central de carbn.


Hasta la fecha y como resultado del marco legal predominante en California durante la puesta en marcha de las centrales SEGS (vase el cuadro), todas las centrales comerciales de CCP usan un ciclo de vapor y un apoyo de capacidad a gas natural para suplementar la produccin solar en perodos de baja radiacin, hasta un mximo anual del 25% de la entrada primaria de calor trmico. Sin embargo, a partir de SEGS-II, las centrales SEGS pueden operar en modo slo solar. Las centrales de con-centradores parablicos pueden tener unidades de hasta 200 MW.

Proyectos actualesDebido a su madurez comercial, la tecnologa de CCP es la preferida por los licitadores e inversores industriales en los proyectos de gran escala propuestos en Europa y el suroeste de los Estados Unidos (aunque slo la operacin solar pura es elegible bajo los programas de incentivos de electricidad limpia de Espaa, Grecia e Italia), mientras que los sistemas de ciclo combinado solar integrado son patrocinados por el Fondo para el Medio Ambiente Mundial (FMAM) en la India, Mxico, Marruecos y Egipto. Se estn planeando los siguientes proyectos de concentradores cilindroparablicos a escala de compaa elctrica:

AG complet la compra de terreno y planificacin de las dos primeras centrales AndaSol de 50 MW en Andaluca. Con 510.120 m2 de campo solar y 6 horas de capacidad de almacenamiento, cada central alimentar con 157 GWh anuales de electricidad solar la red espaola y tiene una eficiencia anual del 14,7%. Fichtner Solar GmbH ha preparado los documentos de especificacin EPC del bloque elctrico. La compaa alemana Flagsol GmbH ha preparado los documentos de ingeniera detallada y permisos. El proyecto AndaSol-1 ha recibido 5 millones de del apoyo financiero del V Programa Marco de la UE. Al mismo tiempo, el grupo espaol EHN y Duke Solar (ahora Solargenix Energy) estn emprendiendo un proyecto de CCP en la regin de Navarra.

EgiptoLa Agencia egipcia de energas nuevas y renovables (NREA) public en marzo de 2000 una invitacin de pre-calificacin para el concurso para un sistema de 120-140 MW de ciclo combinado solar integrado a construir cerca de Kuraymat, 100 km al sur del Cairo, en el que se deja a los licitadores la eleccin de tecnologa solar. 18 de los 20 consorcios que respondieron ofrecieron tecnologa de CCP. En agosto de 2003 la NREA cambi el estatus a puesta en marcha y asign a FichtnerSolar GmbH la preparacin del diseo conceptual y la licitacin.

EspaaA partir de la introduccin de un incentivo solar termoelctrico de 12 cnts de /kWh en Espaa en septiembre de 2002, Solar Millennium

Las centrales elctricas SEGS de CaliforniaConstruidas en 1984-91 con tamaos de 14 MWe a 80 MWe, los 9 sistemas de colectores cilindroparablicos separados del desierto Mojave en California (con 354 MWe de capacidad total) se conocen colectivamente como sistemas de generacin elctrica solar (SEGS). Para la generacin elctrica usan una turbina de vapor altamente eficiente alimentada con vapor del campo solar, y usan quemadores de gas de respaldo para mantener la temperatura del fluido de transferencia de calor a la horas de insolacin insuficiente. No obstante, las condiciones de compra de electricidad restringen el gas a un mx. anual del 25% del calor de entrada total. Con ms de 2 millones de m de espejos de cristal, las centrales generan ms de 10.000 millones de kWh de electricidad solar desde 1985. La inversin para construir estas centrales procedi de capital privado y, por la creciente confianza en la madurez de la tecnologa, de inversores institucionales. Aunque originalmente apoyadas por incentivos fiscales y atractivos contratos de compra de electricidad, stos han desaparecido desde entonces, y una cada en los precios de los combustibles a finales de los 80s llev a un 40% de reduccin en los ingresos por ventas de electricidad. No obstante, se consiguieron significativas reducciones de costes en la construccin aumentando tamao, rendimiento y eficiencia. Las 9 centrales SEGS todava estn en operacin comercial rentable. Las centrales SEGS de 30 MWe SEGS Kramer Junction, con insolacin anual superior a 2.700 kWh/m, producen a 15 centavos $/kWh en las horas de precio ms alto (sobre todo por la carga de refrigeracin en punta), includo una subvencin para generar hasta el 25% de la produccin anual con combustible complementario de gas natural. Los costes equivalentes puramente solares seran de 20 centavos de $/kWh. Las SEGS de 80 MWe en Harper Lake, con la misma insolacin anual, producen a unos 12 centavos $/kWh. Los costes equivalentes puramente solares seran de 16 centavos $ /kWh. En trminos de eficiencia, las centrales SEGS alcanzan eficiencias diarias solar-elctrica cercanas al 20%, y eficiencias mximas de hasta el 21.5%. La disponibilidad anual de la central supera el 98%, la del campo colector ms del 99%. Las 5 centrales de Kramer Junction han conseguido una reduccin del 30% en los costes de operacin y mantenimiento entre 1995 y 2000. Las mejoras conseguidas en el rendimiento de las centrales SEGS de Kramer Junction han sido el resultado de adaptaciones acertadas al diseo de los colectores solares, tubos de absorcin e integracin del sistema por una serie de compaas. En Europa y EEUU continan en marcha trabajos de desarrollo para reducir ms los costes en una serie de reas, incluyendo mejoras en el campo colector, tubos del receptor, espejos y almacenamiento trmico.


Costes solaresCon la tecnologa actual y muy buenos enclaves, un kWh solar puede generarse por unos 15 centavos $/kWh. Este coste disminuir con la puesta en marcha de ms proyectos. La industria TCS prev reducir los costes de generacin solar elctrica un 20% una vez en marcha 400 MWe de nueva capacidad solar. Una vez alcanzados 5.000 MWe de nueva capacidad solar, los costes de generacin elctrica solar sern plenamente competitivos con los de generacin a la red con combustibles fsiles . Declaracin de Berln, Junio 2002

MxicoLa comisin federal de electricidad de Mxico public una peticin de propuestas en marzo 2002 para 198242 MW de central de gas de ciclo combinado con un campo solar opcional integrado de colectores cilindroparablicos de al menos 25 MW de produccin elctrica en lascondiciones del diseo. Los costes adicionales solares se cubrirncon una subvencin del Fondo de Medio Ambiente Mundial.

ItaliaEn 2001, el parlamento italiano asign 110 millones de al desarollo TCS y su programa de demostracin. Desde entonces, han comenzado a desarrollarse varias centrales de CCP.

Estados UnidosSierra Pacific Resources anunci enero 2003 que sus dos subsidiarias de Nevada haban firmado contratos a largo plazo con Solargenix Energy (antes Duke Solar Energy) para suministrar50 MW de electricidad generada con energa solar usando concentradores cilindroparablicos en una planta del valle Eldorado, cerca de Boulder City, Nevada.

IndiaLa compaa Rajasthan Renewable Energy public una peticin de propuestas en junio 2002 para un sistema de ciclo combinado de 140 MW incorporando un campo solar trmico de concentradores cilindroparablicos con un rea de 220.000 m para una central termoelctrica de 35 a 40 MWe. Los costes solares adicionales se cubrirn con prstamos blandos del banco alemn KfW y subvenciones de India, Rajasthan y el FMAM. Fichtner Solar GmbH ha preparado el estudio previo de viabilidad, el diseo conceptual as como la peticin de propuestas para un contrato EPC con O&M. El tamao del colector debera cambiar a: 220 000 m

ArgeliaEs el pas que ms recientemente ha anunciado su inters en poner en marcha un sistema de ciclo combinado solar con tecnologa de concentradores cilindroparablicos.

AustraliaEn Hunter Valley, Nueva Gales del Sur, se usar para precalentar el vapor un sistema CLFR de 35 MWe en la gran central de carbn de 2.000 MW de Liddell. Ms que ser una tecnologa de sustitucin del carbn, este sistema incrementa la produccin elctrica de una entrada de carbn dada. El uso de la infraestructura existente reduce costes en comparacin con una central aislada. Los promotores Solar Heat and Power esperan iniciar la construccin durante 2003.

MarruecosEl FMAM ha ofrecido a Marruecos una subvencin de 50 millones de $ para un proyecto ISCC de 230 MW con una capacidad solar equivalente de 30-50 MW. Fichtner Solar GmbH est preparando ahora para la compaa nacional elctrica ONE la peticin de propuestas, dejando la eleccin de la tecnologa a juicio de los inversores participantes.

Tendencias de los costesLos costes de capital instalados de los sistemas SEGS de concentradores de ciclo Rankine de California con una operacin elctrica en punta cayeron de 4.000 $/kWe a menos de 3.000 $/kWe de 1984 a 1991, debido fundamentalmente al aumento en tamao de las unidades de 30 a 80 MWe y de la experiencia adquirida. El coste de inversin de los campos de concentradores cilindro parablicos ha caido a 210 /m2 para concentradores mejorados como el diseo del Eurocolector SKALET con grandes campos solares y a 110-130 /m2 para gran produccin a largo plazo. Se puede esperar un 15% de reduccin en los precios de EEUU/Europa en los pases desarrollados debido a los costes laborales ms bajos.

IrnEl gobierno de Irn est interesado en la puesta en marcha de un campo de CCP de 200.000-400.000 m en una central de ciclo combinado de gas de 300 MW en el desierto de Luth en el rea de Yazd. Fichtner Solar GmbH y Flagsol (antes Pilkington Solar International GmbH) han preparado conjuntamente un estudio detallado de viabilidad.

IsraelEl Ministerio de Infraestructuras nacional israel, que es tambin responsable del sector elctrico, decidi en noviembre de 2001 introducir la concentracin de energa solar como elemento estratgico del mercado elctrico israel desde 2005, con una primera central de concentradores cilindroparablicos de 100MWe. La compaa israel Solel est preparando actualmente la ingeniera del proyecto.


Tabla 3: Reducciones de costes en las centrales solares termoelctricas de concentradores cilndroparablicos

Corto plazo

Corto plazo

Corto plazo

Medio-plazo Largo-plazo (~5 aos) (~10 aos)Rankine 1151 0 200 200 25% 14.0% 2100 1750 0.009 0.080 Rankine 1046 0 200 200 25% 16.2% 1800 1600 0.007 0.060

Largo-plazo (~10 aos)Rankine 1939 9-12 200 200 50% 16.6% 2500 2100 0.005 0.061

Ciclo elctrico Campo solar (.000m) Almacenamiento (h) Capacidad solar (MW) Capacidad total (MW) Factor capacidad solar Eficiencia solar anual Costes capital ($/kW) Central EEUU Internacional Coste O&M ($/kWh) LEC solar ($/kWh)

Rankine 193 0 30 30 25% 12.5% 3500 3000 0.023 0.166

Rankine 1210 0 200 200 25% 13.3% 2400 2000 0.011 0.101

ISCC 183 0 30 130 25% 13.7% 3100 2600 0.011 0.148

De acuerdo con la evaluacin del Banco Mundial del mercado de centrales elctricas solares trmicas EEUU/Europa ("Cost Reduction Study for Solar Thermal Power Plants", informe final, mayo 1999) los costes de instalacin de las centrales de CCP a corto plazo se espera que estn en el rango de 3.500-2.440 /kWe para ciclo Rankine 30-200 MWe (tipo SEGS) y unos 1.080 /kWe para centrales hbridas ISCC de 130 MWe con 30 MWe de capacidad solar equivalente. Los costes totales proyectados de la electricidad de la central oscilan entre 10 y 7 cnts /kWh para centrales tipo SEGS y menos de 7 cents /kWh para centrales ISCC. La cada an mayor esperada en los costes de instalacin de centrales de concentradores parablicos conectados a la red dara costes de la electricidad de 6 cnts /kWh a medio plazo y 5 cnts /kWh a largo plazo. El prometedor potencial a largo plazo es que las centrales de concentradores de ciclo Rankine puedan competir con centrales de ciclo Rankine convencionales de punta (carbn o fuel) en buenos emplazamientos solares. La reduccin potencial de coste de la generacin directa de vapor con la tecnologa de concentradores es incluso mayor a largo plazo. En Australia, los costes totales de electricidad de la central CLFR se han estimado en unos 0,045 $ AUS/kWh cuando se usa junto a una central de carbn, y 0,07 - 0,09 $ AUS/kWh como central solar trmica aislada. La tabla 3 muestra que se pueden conseguir sustanciales reducciones de costes en los prximos 5-10 aos, especialmente en las centrales con los mayores campos solares. Similarmente, el anlisis muestra que la construccin de los proyectos se puede abaratar en los pases en desarrollo. En un estudio previo de viabilidad de una central en Brasil, p.e., se estim que el coste de construccin de una central de ciclo Rankine de 100 MW sera 2.660 $/kW, un 19% menor que en EE.UU., ahorrando en mano de obra, materiales y en cierta medida equipos. Una serie de compaas interesadas en construir proyectos FMAM han indicado que usar mano de obra y fabricantes locales en India,

Egipto, Marruecos y Mxico sera la clave para que ofertaran . a bajo coste. Una iniciativa de EEUU llamada "Hoja de ruta de la tecnologa de CCP", desarrollada conjuntamente por el sector y el labora-torio solar del Ministerio de Energa de EE.UU. identific una serie de mejoras potenciales. La iniciativa sugiere que son posibles para la tecnologa de CCP ms reducciones de costes y aumentos de rendimientos de hasta el 50%.

3. Sistemas de receptor central/torre solarDesarrollos tecnolgicosConcentrando luz solar hasta 600 veces, la tecnologa de torre solar tiene la ventaja potencial de suministrar calor solar a alta temperatura en cantidades a escala comercial desde 500C para los ciclos de vapor y ms all de los 1.000C para las turbinas de gas y las centrales elctricas de ciclo combinado. La viabilidad tcnica de la tecnologa de receptor central se prob por primera vez en los 80 con la operacin de 6 centrales de investigacin de 1 a 5 MWe de capacidad, y una central de demostracin con un receptor agua/vapor, conectado a la red del sur de California. Su capacidad elctrica total neta era 21,5 MWe con un rea de espejos helistatos instalada de unos 160.000 m. Sin embargo, la operacin comercial de la torre solar est an por demostrar. Tras una escala intermedia de sistemas de hasta 30 MW, los promotores de torres solares confan ya que se puedan construir centrales de torre conectadas a red con una capacidad de 200 MWe slo solares. Tambin se han hecho diseos conceptuales de unidades con ms de 100 MWe para centrales ISCC. Para la operacin de la turbina de gas, el aire a calentar debe pasar primero por un receptor solar presurizado con una ventana solar. Las centrales de ciclo combinado que utilizan este mtodo requerirn


Figura 8: Central elctrica de CCP con tanque de almacenamiento trmico calor-fro y generador de vapor de fuelCampo solarSupercalentador

solar

Turbina de vapor

Caldera (opcional)

Condensador

Fuel

Deareador

Generador solarPrecalentador

solar

Precalentador Baja presin

Recalentador solar Contenedor de expansin

un 30% menos de area de colector que los ciclos de vapor equivalentes. En la actualidad se construye un primer prototipo para demostrar este concepto como parte del proyecto europeo SOLGATE, con 3 unidades receptoras acopladas a una turbina de gas de 250 kW. Se han investigado varios medios de transferencia de calor del receptor central, como agua/vapor, sodio lquido, sal fundida y aire ambiente. La planta piloto Solar One de 10 MWe operada en California de 1982 a 1988 usaba vapor como medio de transferencia de calor. Reconstruida como central solar de 10 MWe oper con xito de 1997 a 1999 con un sistema de receptor con sal fundida en el tubo y dos tanques de almacenamiento de sal fundida, acumulando varios miles de horas de experiencia de operacin y suministrando electricidad a la red de forma continuada.

tecnologa de sal fundida en tubo de EEUU. Esta ltima ya est cerca de ser comercialmente rentable, y una UTE de Ghersa (Espaa) y Bechtel (EE.UU.), con trabajo subcontratado a Boeing (EE.UU.), espera construir la primera planta comercial de receptor central con la ayuda de subvenciones de EE.UU. y Espaa. Esta central propuesta Solar Tres de 15 MWe en Crdoba, Espaa, utilizar un sistema de almacenamiento de sal fundida de 16 horas para operar las 24 horas del da. El sistema europeo implica irradiar finas estructuras de malla de cable o espuma cermica, transfiriendo la energa por conveccin a una temperatura de 700-1.200C. Las pruebas realizadas por el proyecto conjunto hispanoalemn Phoebus entre 1993 y 1995 con una central piloto alemana de 2.5 MWth demostr la viabilidad del concepto del sistema receptor de aire con un sistema de almacenamiento de energa cermico. Las compaas espaola y alemana estn ahora implicadas en la comercializacin de esta tecnologa mediante el proyecto Planta Solar (PS10) de 10 MWe cerca de Sevilla. Como con los concentradores parablicos, se estn intentando desarrollar centrales de receptor central comerciales utilizando sistemas hbridos solar/combustible fsil, especialmente en modo ISCC. Un concepto que implica un reflector secundario en lo alto de la torre, que dirige la energa solar a nivel de terreno para ser colectado en un receptor aire a alta temperatura para uso en una turbina de gas. Acoplar la produccin del sistema solar de alta temperatura a una turbina de gas permitira una

Como ya se ha explicado, el sistema de almacenamiento de sal fundida permite que se recoja energa solar durante el da y se distribuya como energa elctrica de alto valor por la noche o cuando lo requiera la compaa elctrica. En las zonas del cinturn solar de EE.UU., una central puede por tanto cubrir la demanda de la totalidad de los perodos punta del verano (tarde,debido al aire acondicionado, y noche). En los pases en desarrollo, esta capacidad de almacenamiento podra ser incluso ms importante, con horas punta exclusivamente por la noche. Hoy se considera que los sistemas de almacenamiento ms prometedores son la tecnologa europea de aire volumtrico y la


mayor eficiencia que las aplicaciones a turbina de vapor de hoy, Proyectos actuales tiempos ms cortos de puesta en marcha, menores costes de ins- Espaa talacin y operacin, y quizs un sistema menor, ms modular. Las dos primeras torres solares comerciales en el rango 10-15 MW se est planificando dentro del marco legal espaol para TCS. El Como los helistatos suponen la mayor inversin individual de grupo espaol Abengoa promueve una torre solar de 10 MW con capital en una central de receptor central, continan los trabajos tecnologa de receptor de aire conocida como PS-10. Con un para mejorar el diseo con mejores propiedades pticas, estruccampo de helstatos de 90.000 m, la central PS-10 suministrar tura ms ligera y mejor control. Las actividades incluyen el helis- 19,2 GWh anuales de electricidad solar a la red y alcanzar una tato de 150 m2 desarrollado por Advanced Thermal Systems eficiencia anual neta de 10,5%. Pese a las altas temperaturas del (EE.UU.); el de 170 m2 desarrollado por Science Applications receptor, el punto dbil del sistema es el pequeo tamao de su International Corporation (EE.UU.); el de membrana de 150 m2 turbina. El grupo espaol Ghersa, junto a sus socios de ASM-150 de Steinmller (Alemania), y el de 100 m2 GM-100 EE.UU.Boeing y Bechtel, planea un sistema de 15 MW de sal cristal/metal de Espaa. Tambin hay iniciativas para desarrollar fundida con 16 horas de almacenamiento basado en el modelo tcnicas de fabricacin de bajo coste para series pre-comerciales californiano Solar Two. Con su campo de helistatos de 240.000 m de bajo volumen, mientras que los precios de fabricacin en la central Solar Tres suministrar a la red espaola unos 80 GWh un pas en desarrollo podran ser un 15% menor que los niveles de electridad. Los proyectos PS-10 y Solar Tres han recibido cada de EE.UU./Europa. Como con muchos componentes solares uno una subvencin de 5 millones de de apoyo financiero del V trmicos, el precio caera significativamente con economas Programa Marco de I+D de la Unin Europea. de escala en la fabricacin.

SudfricaAunque se piensa que las centrales de receptor central estn ms lejos de la comercializacin que los sistemas de CCP, las torres solares tienen buenas perspectivas a largo plazo por sus altas eficiencias de conversin. Mientras tanto, se necesitan proyectos de demostracin de mayor escala. La compaa nacional de electricidad sudafricana ESKOM ha tomado la decisin estratgica de evaluar la viabilidad de la tecnologa de torre solar de sal fundida dentro de su programa de electricidad renovable a gran escala, considerando una posible central de demostracin de 100 MW.


Tendencia de costes

Los costes de capital de instalacin para centrales piloto de receptor central son todava muy altos, y no hay an disponibles costes de generacin elctrica para centrales a escala comercial. Sin embargo, estas centrales tienen un uso potencialmente importante ligadas a sistemas de almacenamiento de energa de alta temperatura. Esto aumentara el rendimiento y el factor de capacidad, aunque no necesariamente reducira los costes de produccin. Los promotores de prximos proyectos de torre en Espaa, como la central PS-10 de 10 MW con 3 horas de almacenamiento, han indicado que sus costes de instalacin sern unos 2.700 /kWe, con turbinas de ciclo Rankine y un pequeo sistema de almacenamiento de energa, y costes de electricidad totales previstos entre 14 y 20 cnts /kWh. El coste total de capital para la central de 15 MW Solar Tres, con 16 horas de almacenamiento, es estimado en 84 millones de euros, con costes de operacin anuales de unos 2 millones . Los costes previstos de instalacin de un campo de helistatos varan de 180 a 250 /m para pruebas de pequea produccin en EE.UU. y de 140 a 220 /m en Europa. En los pases en desarrollo se puede proyectar un 15% de descuento en el nivel de precio EE.UU./Europa por los menores costes de mano de obra. A largo plazo se espera que el coste de los campos de helistatos baje a menos de 100 /m para volmenes importantes de produccin.

En el futuro, los proyectos de centrales de receptor central se beneficiarn de similares reducciones de costes que los esperados en las centrales de concentradores. La evolucin esperada de los costes totales de la electricidad, de acuerdo con el Banco Mundial, es una bajada a 8-7 cnts /kWh a medio plazo (central de ciclo Rankine o ISCC de 100 MWe, ambas con almacenamiento) y 5 cnts /kWh a largo plazo (central de ciclo Rankine de 200 MWe con almacenamiento) para enclaves de alta insolacin con un nivel de insolacin directa anual de ms de 2.700 kWh/m.

4. Motores de discos parablicosEstado tecnolgicoLos concentradores de disco parablico son unidades comparativamente pequeas con un motogenerador en el punto focal del reflector. Los tamaos tpicos oscilan de 5 a 15 metros de dimetro y 5 - 50kW de produccin elctrica. Como todos los sistemas de concentradores, pueden ser alimentados adicionalmente por gas natural o biogas, proporcionando una capacidad firme en todo momento. Por su ptica parablica ideal de enfoque en un punto y su control de trayectoria de doble eje, los concentradores de disco consiguen mxima concentracin de flujo solar y por tanto el mejor rendimiento de todos los tipos de concentradores. Por razones econmicas, la capacidad unitaria de los discos est actualmente restringida a unos 25 kWe, pero se pueden usar disposiciones con discos mltiples para


Figura 9: Sistema de ciclo combinado integrado solar (ISCC)

Chimenea de gases 100c 395c Vapor 540c, 100bar Solar HX Almacn HRSG Turbina vapor G~ Aire y vapor Torre refrigeracin

Aire 295c Campo de concentradores cilindroparablicos Gases de combustin 600c Condensador

Aire

G~ Turbina de gas Electricidad a la red

aumentar la produccin elctrica al rango de MWe. Debido a su tamao, el futuro de la tecnologa de disco est sobre todo en el suministro elctrico descentralizado y remoto, con sistemas elctricos independientes. Varios sistemas elctricos pequeos no conectados a la red con unidades de disco parablico de 5 - 50 kWe han probado su viabilidad tcnica en proyectos experimentales en todo el mundo desde los 70 En particular, los sistemas disco/motor Stirling tienen un excelente potencial para altas eficiencias de conversin debido al rendimiento del ciclo empleado. El rendimiento energtico rcord hasta la fecha ha sido el de un sistema disco/motor Stirling de 25kWe en EE.UU. con una eficiencia solar-elctrica mxima del 30%. Los prototipos disco/motor que han operado con xito en los ltimos 10 aos incluyen unidades de 7 a 25kW desarrolladas en EE.UU. por Advanco, McDonnell Douglas, Cummins Engine Co.y otras, aunque todava no se ha dado la utilizacin a gran escala. En Espaa, en la actualidad estn operando con xito unidades de 9 a 10 kW. Fueron desarrolladas por la compaa alemana Schlaich, Bergermann and Partners (SBP) en colaboracin con Mero (suministradores del sistema colector) y SOLO Kleinmotoren (motor Stirling). Tres de estos discos operan continuamente congran xito desde 1992, acumulando ms de 30.000 horas de experiencia de operacin.

El nuevo desarrollo EuroDisco, apoyado por la Unin Europea, avanzar ms en esta tecnologa. Al mismo tiempo, dos equipos industriales que trabajan en EE.UU. - Stirling Energy Systems/ Boeing Company y Science Applications International Corporation/ STM Corp - han instalado varios prototipos disco/Stirling de segunda generacin de 25 kW para amplio testeo y evaluacin. Finalmente, WG Associates han demostrado la primera operacin remota, sin asistencia, de un prototipo disco/Stirling de 10 kW de tecnologa avanzada. Actualmente se estn desarrollando sistemas disco/Stirling llave en mano con la opcin de la operacin hbrida con combustin de gas y se espera que estn pronto disponibles para proyectos de demostracin iniciales.

Proyectos actualesEstados UnidosEn julio 2002, el programa de electricidad solar de concentracin del Ministerio de Energa de EEUU public una peticin de propuestas para un proyecto para usar sistemas de disco-motor de 1 MW o ms en un emplazamiento del Sur de Nevada. Este programa se conoce como el Proyecto de electricidad de disco solar de Nevada.

EuropaUn proyecto de demostracin en la PSA en Espaa lleva 6 unidades precomerciales alemanas disco/Stirling con 9 - 10 kWe de capacidad. El primer sistema ha acumulado ms de 30.000 horas de operacin.


Figura 10: Diagrama de AndaSol: configuracin del campo solar , sistema de almacenamiento y ciclo de vapor en el proyecto AndaSol-1, en el sur de EspaaCampo solar 510.000 m 2 2-Tanque sal almacn Sobrecalentador solar

Turbina de vapor 50 MWe

Tanque sal caliente

Condensadorr

Deaireador Generador de vapor Precalentador solar Tanque sal fro

Precalentador a baja presin

Recalentador solar Contenedor de expansin

Se estn desarrollando actualmente con el objetivo de reducir costes unos avanzados receptores de calor de tubera y motores Stirling que estn teniendo unos esperanzadores resultados.

AustraliaEl primer proyecto piloto de "gran disco" de 400 m con una capacidad de hasta 150 kWth est siendo testeado por la Universidad Nacional Australiana desde 1994. Una alternativa a la filosofa de pequea unidad, est diseado para la generacin elctrica utilizando un motor generador de vapor de 50 kWe o para aplicaciones de cogeneracin con produccin de vapor solar.

El objetivo del proyecto europeo EuroDisco es una reduccin de 7.100 /kWe, con una produccin de 100 unidades al ao, a 3.700 /kWe (1.000 unidades/ao) a 2.400 /kWe (3.000 unidades/ao) e incluso a 1.600 /kWe (10.000 unidades/ao). Es poco probable que los precios bajen de ese nivel al ser una tecnologa altamente modular en esencia. Los costes a medio-largo plazo de los colectores de disco instalados se prev que sean del orden de 105-125 /m para tasas de produccin elevadas. Los sistemas avanzados disco/Stirling se espera que compitan en el medio-largo plazo con generadores diesel de tamaos similares en remotos lugares soleados como las islas. Un estudio de 1999 de EEUU sobre potencial de mercado en compaas elctricas de los sistemas de disco concluy que los costes tendran que bajar a 1.200-2.000 $/kWe para conseguir una posicin de mercado significativa. Para nichos de mercado iniciales, tales como la generacin distribuida, la fiabilidad y costes de O&M sern factores cruciales. La comercializacin de sistemas de disco parablico puede verse ayudada por la operacin hbrida, aunque sta presente un reto mayor con los motores Stirling. Los sistemas con turbina de gas pueden ser una alternativa ms eficiente.

La tendencia de los costes de los colectores de disco ya ha mostrado una importante reduccin, de 1.250 /m en 1982 (montaje de 40 m, Shenandoah, EE.UU.) a 150 /m en 1992 (montaje de 44 m, disco de membrana alemn SBP). En conjunto, los costes de capital de instalacin de una central para una primera unidad independiente disco/Stirling de 9-10 kWe varan actualmente de 10.000 a 14.000 /kWe. Si se consiguiera una produccin de 100 unidades al ao, podra caer a 7.100 /kWe. En trminos de costes de electricidad, un objetivo alcanzable a corto plazo es menos de 15 cnts /kWh. En el medio a largo plazo, con produccin en serie, se espera que los sistemas disco/Stirling vean una drstica reduccin de sus costes de instalacin.

Tendencia de costes

5. Costes y tendencias futuras

Se han abierto dos grandes vas de suministro elctrico a gran escala con electricidad solar trmica. Una es combinar energa solar y un proceso de transferencia de calor con central elctrica convencional.


La combinacin preferida actualmente es el sistema de ciclo combinado integrado solar (ISCC). Esencialmente, el sistema ISCC usa un elemento TCS como caldera solar para complementar el calor residual de una turbina de gas para aumentar la generacin elctrica en el ciclo de fondo de vapor Rankine (ver Figura 9). Aunque todavia no se ha construido, los estudios muestran que la eficiencia mejorara y los costes de operacin se reduciran, recortando los costes globales de la electricidad solar trmica hasta un 22% comparado con una central SEGS convencional (25% fsil) de tamao similar, aunque hay que tener en cuenta una mayor uso fsil. Estos sistemas todavia podran tener una capacidad solar equivalente de 30 a 40 MWe, y prometen ser muy atractivos como manera de introducir la tecnologa al mercado. Tambin tendran la ventaja de permitir la operacin a carga media o base, al contrario que el uso en carga pico que es el mercado primario de las centrales SEGS. Sin embargo, se est prestando una atencin creciente a sistemas totalmente solares. Esto se refleja por ejemplo en los programas de incentivos actualmente disponibles en Espaa y Nevada, EE.UU., para los que slo la operacin 100% solar es elegible*, mientras que NN.UU. y el FMAM del Banco Mundial, una importante fuente de financiacin, se centran en apoyar los sistemas hbridos ISCC.

donde la sal devuelve su energa trmica al fluido trmico fro. Este se calienta para mantener la produccin de vapor para la turbina, y la sal enfriada se acumula de nuevo en el tanque fro. En trminos de costes hasta la fecha slo hay experiencia comercial con sistemas de CCP, como el SEGS californiano.Para sistemas de concentradores actuales con una operacin 100% solar los costes estn en torno a 12-15 centavos $/kWh. Podra caer a unos 8,5 centavos $/kWh desde 2006 para pro-yectos en el sur de Europa o el desierto del Sahara.

6. Beneficios medioambientales

La electricidad solar trmica carece de las emisiones contaminantes o de las preocupaciones de seguridad medioambiental asociadas con las tecnologas de generacin convencional. No hay contaminacin en forma de gases de combustin o ruido durante la operacin. Desmantelar una central no crea problemas. Lo que es ms importante en trminos medioambientales ms amplios, durante la operacin de una central solar termoelctrica no hay emisiones de CO2 - el gas de mayor responsabilidad en el cambio climtico global (ver cuadro "Cambio climtico y eleccin de combustible"). Aunque hay emisiones indirectas de CO2 en otras etapas del ciclo de vida (construccin y desmantelamiento), stas son significativamente menores que las emisiones evitadas. La electricidad solar puede por tanto contribuir sustancialmente a los compromisos internacionales de reduccin del constante aumento en el nivel de los gases de efecto invernadero y su contribucin al cambio climtico (ver el cuadro "El imperativo del cambio climtico").

El mercado para operacin slo 100% solar se ampliar an ms usando almacenamiento trmico como una forma de almacenar el calor del sol hasta que lo requiera la generacin elctrica. Un estudio reciente, parte de la Iniciativa de concentradores de EE.UU., evalu varios conceptos de almacenamiento trmico, prefiriendo el diseo que usa sales fundidas como medio de almacenamiento como la central piloto Solar Two en California. Este sistema de almacenamiento tambin se pondr en marcha en la primera central AndaSol de 50 MW del sur de Espaa. La energa solar recogida en el campo solar por el da se acumular en el sistema de almacenamiento y se distribuir tras la puesta de sol. Para cargar el sistema de almacenamiento, la sal se calienta a unos 384C; para descargar el sistema se enfra de nuevo a unos 291C. A ambas temperaturas la sal est en estado lquido. La sal fra y caliente se almacena en tanques separados, por lo que el sissistema se llama "dos-tanques". La ventaja de un sistema de almacenamiento trmico con tanques separados fro y caliente es que carga y descarga suceden a temperaturas constantes. La figura 10 muestra un diagrama de flujo del proceso de la central AndaSol-1, con un sistema de almacenamiento de sal fundida de dos tanques. En esta configuracin el fluido trmico caliente del campo solar es desviado a un intercambiador de calor donde su energa trmica pasa al flujo de sal que llega del tanque fro. Esta se calienta y acumula en el tanque caliente. Por la noche, o en momentos de radiacin reducida, el proceso de carga se invierte, y la sal del tanque caliente se bombea al intercambiador de calor,*En Espaa, desde 2004 se permiten los sistemas hbridos parcialmenteCENTRALES TERMOSOLARES 22

Cambio climtico y eleccin de combustibleEl dixido de carbono es responsable de ms del 50% del efecto invernadero producido por el ser humano, y el mayor contribuyente al cambio climtico. Se produce sobre todo al quemar combustibles fsiles. El gas natural es el menos sucio de los combustibles fsiles ya que produce aproximadamente la mitad de CO2 que el carbn, y menos cantidad de otros gases contaminantes. La energa nuclear produce muy poco CO2, pero tiene otros problemas de polucin mayores asociados a su operacin y residuos. Las consecuencias del cambio climtico que ya son visibles hoy en da incluyen: La proporcin de CO2 en la atmsfera ha aumentado en un 30% desde el inicio de la industrializacin. El nmero de desastres naturales se ha triplicado desde los 60. El dao econmico causado se ha multiplicado por 8,5 veces. Los siete aos ms calurosos de los ltimos 130 se han registrado en los ltimos 11 aos. La masa de glaciares se ha reducido a la mitad desde que comenz la industrializacin. La pluviosidad y temperatura de latitudes norte ha aumentado un 5% desde 1950. La velocidad media del viento tambin ha aumentado significativamente. El nivel del mar se ha elevado 10-20 centmetros en los ltimos 100 aos, 9-12 cm de los cuales en los ltimos cincuenta. Por el tiempo que transcurre entre emisiones y efectos, todas las consecuencias del desarrollo del cambio climtico deben todava surgir en las prximas dcadas, con mayor peligro para la estabilidad de ecosistemas, economa y estilos de vida mundiales. Para frenar el efecto invernadero, las emisiones de CO2 deben por tanto reducirse enormemente. Los cientficos creen que slo debera permitirse quemar la cuarta parte de las reservas de combustibles fsiles que se pueden explotar comercialmente en la actualidad para que los ecosistemas no vayan ms all del punto al que son capaces de adaptarse.

El imperativo del cambio climticoLa creciente amenaza de cambio climtico global por acumulacin de gases invernadero en la atmsfera terrestre ha forzado a actuar a los organismos nacionales e internacionales. Desde el acuerdo del Convenio de Ro sobre cambio climtico en la Cumbre de la Tierra en 1992, se han establecido una serie de objetivos para reducir la emisiones de gases invernadero y se han incitado medidas nacionales y regionales para aumentar el uso de las energas renovables, incluyendo la electricidad solar. El Protocolo de Kyoto de 1997, con la mediacin de Naciones Unidas, comprometi a los pases industrializados a reducir sus emisiones de gases de efecto invernadero en una media del 5% de su nivel de 1990. La mayora de las naciones industrializadas han aceptado este reto. La UE tiene el objetivo de duplicar la proporcin de energa proveniente de fuentes renovables en sus 15 estados miembros para 2010, alcanzando as el 12% de la energa primaria. Se est debatiendo un objetivo especfico para las centrales elctricas termosolares.


PARTE3EL MERCADO MUNDIAL SOLAR TERMOELCTRICO1. Perspectivas del mercado internacionalA pesar del xito de las nueve SEGS que operan en California no se han construido nuevas centrales comerciales desde 1991. Hay algunas razones para esto, algunas de las cuales llevaron al hundimiento del pionero de la tecnologa y primer promotor comercial, LUZ International, incluyendo la continua reduccin de precios energticos de los aos 80 y un retraso en la renovacin de las subvenciones solares de California.


El progreso en el desarrollo del mercado ha sido obstaculizado por la liberalizacin del sector elctrico en el mundo. Esto ha afectado significativamente la viabilidad de grandes centrales intensivas en capital. La falta de precios de mercado firmes o de acuerdos de compra a largo plazo ha aumentado la incertidumbre y acortado los periodos de depreciacin para las inversiones de capital. El resultado ha sido un giro hacia las centrales de bajo costes de capital como las de gas de ciclo combinado, de construccin rpida, costes instalados inferiores a 500 $/kW y eficiencia de generacin superior al 50%. En este contexto, las centrales termosolares necesitarn aumentar mucho su tamao para poder competir en la generacin de electricidad. Contra esta tendencia se encuentra la creciente presin de acuerdos internacionales, a menudo traducidos en objetivos nacionales y mecanismos de apoyo, para el desarrollo acelerado de sistemas elctricos que no contaminen el medio ambiente y produzcan poca o ninguna emisin de dixido de carbono. Pero aunque los "mercados elctricos verdes" han avanzado tanto en Europa como en Norteamrica con primas a la generacin de electricidad de fuentes renovables pagadas por clientes o con dinero estatal, la energa solar termoelctrica no ha sido generalmente incluida entre las tecnologas beneficiadas. Incluso as, se abren nuevas oportunidades por la bsqueda global de soluciones energticas limpias. Algunos de los mayores mecenas de la inversin energtica en el mundo en desarrollo, incluyendo a las Naciones Unidas y al GEF (Global Environment Facility) del Banco Mundial, el alemn Kreditans-talt fr Wiederaufbau (KfW) y el Banco Europeo de Inversiones(EIB) se han convencido recientemente de la promesa medioambiental y las perspectivas econmicas de la energa solar trmica. Ha habido tambin fondos para proyectos de demostracin y de comercializacin del V Programa Marco de la UE, con inters particular en el cinturn solar de la regin normediterrnea. Hay proyectos planeados en Espaa, Grecia e Italia.

Otras iniciativas nacionales ayudarn significativamente al desarrollo solar termoelctrico. Espaa, por ejemplo, parte de sus 2 objetivos de limitacin de emisiones de CO2 es la instalacin de 200 MWe de capacidad en 2010. Con el apoyo del mecanismo espaol de precios fijos (ver debajo), esto podra generar una produccin anual elctrica de 628 GWh. Simultneamente la agencia italiana de energa y medio ambiente ENEA ha diseado un plan estratgico para el desarrollo masivo de la energa solar. ste recomienda la introduccin de tecnologas termosolares antes de tres aos. Se fomentarn las iniciativas comerciales con incentivos financieros para mostrar las ventajas de los grandes proyectos y reducir los costes a niveles competitivos. La transmisin de electricidad desde sitios de alta insolacin (hasta 2.750 kWh/m) en los pases mediterrneos meridionales incluyendo a Argelia, Libia, Egipto, Marruecos y Tnez, puede ofrecer oportunidades para que las elctricas europeas financien all centrales solares para el consumo elctrico en Europa. En los Estados Unidos la Asociacin de la Industria de Energa Solar (SEIA) y el Ministerio de Energa han ayudado a crear Zonas de Empresas Solares en los estados ms soleados. Se pretende que estas zonas ayuden a que las compaas privadas desarrollen grandes proyectos elctrico-solares de 1000 MWe en un periodo de siete aos. Ya se planifican proyectos en Nevada (50 MWe) y Arizona (10-30 MWe) y se beneficiarn de Estndares de Portafolios Renovable, que requieren que un cierto porcentaje del suministro elctrico se obtenga de fuentes renovables, y de "precio verde". El inters del gobierno australiano ha resultado en subvenciones de demostracin de energa renovable para dos proyectos integrados con centrales de carbn existentes.

Cmo apoya Espaa la electricidad termosolar

La ley 54/1997, de liberalizacin del mercado elctrico, tambin hizo este principio compatible con la obtencin de otros objetivos como la mejora de la eficiencia energtica, la reduccin del consumo y la proteccin del medio ambiente, todos ellos vitales para cumplir los compromisos espaoles de reduccin de gases de efecto invernadero. El Real Decreto 2818/1998 estableci un marco legal especial que incluye el tratamiento favorable de sistemas energticos que contribuyen ms eficientemente a esos objetivos. Este decreto estableci primas especficas para la electricidad de diferentes fuentes renovables, todas ellas (excepto la solar fotovoltaica) de hasta el 90% del precio elctrico medio. En 2000 otra ley nacional permiti pagar una prima superior al 90% del precio elctrico medio para las centrales termosolares. Esta prima es ahora mismo de 12 cntimos/kWh. En 2004 se aprob el RD 436/2004 en el que se aumentaba la prima a esta tecnologa y adems se le permita usar hasta un 12% de gas para mantener la temperatura del acumulador de calor vendiendo la electricidad en tarifa regulada con determinadas condiciones, o hasta un 15% si se vende la energa libremente en el mercado. Este y otros incentivos paralelos para otras fuentes de energa renovable han sido establecidos para permitirles contribuir a un objetivo mnimo del 12% de la demanda espaola de fuentes de energas renovables en 2010. En el "Plan para la Promocin de Energas Renovables in Espaa", aprobado por el Consejo de Ministros en diciembre de 1999 se planea la instalacin de 200 MW de centrales termosolares para 2010.

(Ver Espaa pg 29)


Tabla 4: Proyectos de electricidad termosolar en desarrollo

Nombre/ Ubicacin

Capacidad total (MWe)

Capacidad solar (MWe)

Ciclo

Compaas/ Fondos

Concentradores cilindroparablicosArgelia Stanwell Power Station, Queensland, Australia 140 1440 35 35 ISCC Reflector lineal Fresnel Compacto Kuraymat, Egipto 127 29 ISCC (CLFR) New Energy Algeria Austa Energy & Stanwell Corp + subvencin del Gobierno australiano En licitacin Subvencin del FMAM THESEUS Creta, Grecia 50 50 Ciclo de vapor Solar Millennium Fichtner Solar, OADYK, Subvencin del V PM IDT de la UE Mathania, India Israel Italia Baja California Norte, Mxico Ain Beni Mathar, Marruecos ANDASOL1 y ANDASOL2 Granada, Espaa 140 100 40 300 230 35 100 40 29 26 ISCC Ciclo de vapor hbrido con combustible fsil Ciclo de vapor ISCC ISCC En licitacin. Subvencin del FMAM, prstamo del KfW Israeli Ministry of National Infrastructure Solel ENEA En licitacin Subvencin del FMAM En licitacin Subvencin del FMAM 2x50 2x50 Ciclo de vapor con 6 horas de almacenaje para operacin solar sola SEGS Solar Millennium Group Prima espaola Subvencin del V PMIDT UE EHN y Duke Solar Prima espaola Reduccin de impuestos del Gobierno navarro Solargenix (antes Duke Solar) Sola Nevada Grupo Abengoa (Espaa) Subvencin de la UE/ prima espaola Ghersa (Espaa) y Bechtel/ Boeing (EE.UU.) Subvencin de la UE / prima espaola

Navarra, Espaa

15

15

Nevada, EE.UU.

50

50

SEGS

Receptor centralPlanta Solar (PS-10), Sevilla, Espaa Solar Tres, Crdoba, Espaa 10 10 Receptor volumtrico de aire pequeo almacenamiento energtico Sales fundidas/ vapor directo con 12-16h de almacenamiento slo solar

15

15

Discos parablicosSunCal 2000, Huntingdon Beach, California, EE.UU 0.4 0.4 8-sistemas de disco/Stirling Stirling Energy Systems


En otros pases con un gran potencial solar trmico, especialmente en Oriente Medio, el sur de frica y Sudamrica, los gobiernos y las compaas elctricas nacionales tambin muestran su inters. El atractivo viene tanto por la disponibilidad de fondos de energa limpia tras Kioto como (para pases con produccin basada en el petrleo) por el deseo de explotar recursos renovables autctonos. Adems de los cuatro pases que han recibido subvenciones del FMAM (ver la tabla 5), se ha llevado a cabo diversas evaluaciones tecnolgicas y estudios de viabilidad en Brasil, Sudfrica, Namibia, Jordania, Malta e Irn. Muchos de estos pases aplican actualmente reformas al sector elctrico, un proceso que fomenta a los productores elctricos independientes, a su vez el vehculo ms adecuado para los proyectos termosolares. Estos factores han llevado a un reciente pero importante inters entre suministradores "llave en mano" en construir centrales en las regiones del cinturn solar. Adems, los tipos de inters y costes de capital han cado drsticamente en el todo el mundo, mejorando la viabilidad de proyectos renovables intensivos en capital. En general, es claro que las centrales de colectores cilindroparablicos forman la tecnologa termosolar ms madura y econmica disponible hoy, aunque hay todava reas significativas donde se puede mejorar y reducir costes. Los receptores centrales, con bajo coste y almacenamiento trmico eficiente, prometen ofrecer centrales de alto factor de capacidad slo solar en el futuro prximo, y estn muy cercanas a la comercializacin. Mientras que la naturaleza modular de los sistemas de discos parablicos permitir su uso en pequeas aplicaciones autnomas y remotas, en el medio a largo plazo se necesita ms desarrollo y pruebas de campo, pero tienen un potencial importante de reduccin de costes a travs de su produccin en masa. Aumentar el tamao de los proyectos tambin crea economas de escala. Los estudios han mostrado que doblar el tamao de una central reduce el coste de capital aproximadamente un 12-14 %, a travs del aumento en volumen de fabricacin y de la reduccin de costes de operacin y mantenimiento. Varios proyectos estn en varias fases de desarrollo (ver la tabla 4) y, si resultan exitosos, darn una experiencia muy valiosa y una clara indicacin del potencial de reduccin de costes de la prxima generacin.

2. La carrera por crear mercadoIndiaTras muchos aos de planificacin se construir una central ISCC de 140 MW con tecnologa de concentracin en el pueblo de Mathania, cerca de Jodhpur en Rajasthan (noroeste del pas). Se obtuvo financiacin de una mezcla de agencias de desarrollo (FMAM y KfW), y del estado. A diferencia de otros proyectos apoyados por el FMAM, que son productores independientes (IPPs), es la compaa elctrica estatal de Rajasthan quien instalar la central. La viabilidad tcnica de un proyecto de demostracin de 35 MW fue establecida a comienzo de los 90 por l

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