11

Manuel RomeroDirectorDivisión Energías RenovablesCIEMATAvda. Complutense 22 28040 Madrid

CENTRALES CENTRALES ELELÉÉCTRICAS CTRICAS

TERMOSOLARESTERMOSOLARES

““La energLa energíía solar termoela solar termoelééctrica: ctrica: situacisituacióón tecnoln tecnolóógica actual y gica actual y

potencial de desarrollopotencial de desarrollo””

22

33

44> 2000 MW> 2000 MW

Iberdrola

ACS/SM

Abengoa

Sener

Samca

Acciona

Iberdrola

ACS/SM

Abengoa

Sener

Samca

Acciona

Ibereolica

Sacyr/Solel

MapaMapa no no oficialoficial de de iniciativasiniciativas de CET en de CET en EspaEspaññaa

55

Penetración mercado = Calidad en despacho

EólicaPetróleo, madera, ..GasCarbónNuclearHidroeléctrica Aumento

Sustitución

Desarrollo de la generación eléctrica en la UE-25 entre 2000 y 2030

¿¿Mayor presiMayor presióón para las n para las tecnologtecnologíías renovables sin as renovables sin garantgarantíía de despacho?a de despacho?

66Receptor Central

Receptor Central

Helióstatos

Cilindro-parabólicos

Tubo Absorbedor

Tubería fluido térmico

Espejo curvado

Energía solar termoeléctrica

Fresnel Lineal

Tubo absorbedor y reconcentrador

Espejo curvado

Discos parabólicos

Receptor/Motor

Reflector

Hora solar

Desdealmacén Suministro

directo solar

A almacenamiento

Desde almacén

Potencia constante

E. T

érm

ica

a tu

rbin

a

Hora solar

Apoyofósil Suministro

directo solar

Apoyo fósil

Potencia constante

E. T

érm

ica

a tu

rbin

a

77

Eficiencia de un sistema termosolar ideal (concentrador óptico, receptor y máquina térmica)

CONCENTRADOR ÓPTICOCONCENTRADOR ÓPTICO

RECEPTORRECEPTOR

ElectricidadElectricidad

MáquinaMáquinaTérmicaTérmica

CalorCalor

Radiación solarRadiación solarconcentradaconcentrada

Radiación solar directaRadiación solar directa

Calor rechazadoCalor rechazado

Pérdidas Pérdidas receptorreceptor

Pérdidas Pérdidas concentraciónconcentración

Concentración y Ciclo Termodinámico

88

¿Y quién dijo espacio?

99

LEC = 12-15 cents/kWh

2,5 Millones de m² de colectores en California

La experiencia SEGS en California:

100 años equivalentes de operación comercial (9 plantas, 354 MW)

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

Effic

ienc

y [%

]

0

200

400

600

800

1000

1200

Dire

ct N

orm

al R

adia

tiom

[W/m

²]

05:00 07:00 09:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00 21:00

Solar to Electric Efficiency (gross)

Direct Normal Radiation

Thermal Solar Field Efficiency -

Solar Efficiencies Measured at SEGS VI on July 1997 by KJC Operating Company

95

96

97

98

99

100

Ava

ilabi

lity

- %

1995 1996 1997 1998 1999

III IV V VI VII

Alta disponibilidad

Altas eficiencias solares y la electricidad solar más barata

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2001

2002

2003

Pro

ducc

ión

eléc

trica

net

a [G

Wh]

Anual GWh

Acumulada GWh

13 13 TWheTWhe desdedesde 19861986

Última planta construida

1010

Las barreras para entrar en el mercado

Ausencia de regulaciones y tarifas favorables.Muy pocas referencias con despacho a red.Carencia de tecnologías apropiadas para generación directa de vapor.Receptores solares con periodos muy limitados de operación.Primeras opciones prometedoras para almacenamiento térmico pero difíciles de manejar.Concentradores solares con buenas prestaciones pero modestas reducciones de costes.Alta percepción de riesgo tecnológico.La mayoría de las tecnologías a falta de escalación.

1111

La construcción de plantas ha comenzado de nuevo

1212

1313

EEA/NREA

KJCWorld Bank

ONECFE RSCPL

Proyectos de plantas CET híbridas solar-fósil

CEPEL

NIROO

Solar Heat&Power

NEAL

LOCATION Cycle Solar Technology Solar Cap. MW Aperture [m²]Algeria Combined Cycle Trough 54 400’000Egypt Combined Cycle Trough 35 200’000India Combined Cycle Trough 35 200’000Mexico Combined Cycle Investor’s Choice >25 200’000Morocco Combined Cycle Investor’s Choice 30-50 200’000Iran Combined Cycle Trough 67 500’000Brazil Combined Cycle Investor´s Choice ? ?Australia Regenerative Rankine Linear Fresnel 35 132’500

1414

ABENGOASolargenixAcciona

ACS

SENER

Iberdrola

Solel

ESKOM

LOCATION Cycle Solar Technology Solar Cap. MW Aperture [m²] Spain (>20) Steam Cycle Trough (Andasol-type) 50 549’360Spain Steam Cycle Tower (Solar Tres) 17 285’200Spain Saturated steam Tower (PS10) 10 88’290South Africa Steam Cycle Solar Tower 100 1’100’000Israel Steam Cycle Trough 50 500’000USA Steam Cycle Trough (Solargenix) 64 ?Portugal Saturated steam CLFR 6.5 ?

SAMCAACCIONA

Proyectos de plantas CET sólo solar

SHP

1515

1616

Iniciativas en el Magreb: El enorme potencial de Argelia

1717

Iniciativas en el Magreb: La conexión CET Africa-Europa

Redes de distribución en alta tensión

Fuente: M. Geyer (SolarPACES)

Ain

Beni

Mathar

Hassi

R’mel

1818

PenetraciPenetracióónn de la de la energenergííaa solar solar termoeltermoelééctricactrica en el en el mercadomercado TodavTodavííaa en la en la curvacurva de de aprendizajeaprendizaje

I+DSubven.

Demo

IEA SSPS, CESA-I

SOLAR ONE

SOLAR TWO

PrimasCalifornia

2700kWh/m²a

SEGS-ISEGS- II

SEGS VIII-IX

PreciosVerdes

I+D yfase de-

mostración

MercadoPrimas

California

MercadosPrimas

Europeos

MercadosVerdesElectricidad

AndaSol 1

AndaSol N

Solar TresPS10

Próximas generaciones tecnológicas

Nueva entrada en mercado

PrimasEspaña2000 kWh/m².a

1980 1990 2000 2010 2020

Cos

te d

e ge

ner

ació

n s

olar

en

c€/

kWh

15

25

50

8

100

Objetivo: 15 GW en 2020 y 6-8 c€/kWh

Europa: La nueva oportunidad de mercado

1919

Europa: La nueva entrada en el mercadoEuropa: La nueva entrada en el mercado(Por donde van los tiros)(Por donde van los tiros)

Primera generación de plantas

Objetivo prioritario: Fiabilidad operacional

Ciertas innovaciones aflorando ya:1) La generación directa de vapor (PS10 y DSG)2) Grandes sistemas de almacenamiento térmico

(Configuración tipo “Andasol”)3) Uso de fluidos alternativos, como las sales fundidas

(Solar Tres)4) Uso de concentradores lineales por reflexión tipo

Fresnel (STEP-Tavira)5) Menor impacto ambiental y consumo de agua

2020

11.0MWe

Heliostat Field

Solar receiver

Steam Storage System

40 bar, 250ºC»Steam

Drum

Turbine

Heliostat Field

Steam Storage System

Steam

Condenser0,06 bar, 50ºC

SteamDrum

Turbine

≈11.0MWe

Heliostat Field

Solar receiver

Steam Storage System

40 bar, 250ºC»Steam

Drum

Turbine

Heliostat Field

Steam Storage System

Steam

Condenser0,06 bar, 50ºC

SteamDrum

Turbine

≈

PLANTA PS10: Generación directa de vapor

VAPOR SATURADO

•Conservadurismo termodinámico

•Factor de capacidad limitado

•Penaliza O+M del bloque de potencia

2121

La Generación Directa de Vapor (GDV)

Sobrecalentador

Generador de vapor

.

Desgasificador

RecalentadorDep. expansión aceite

Caldera auxiliar

Campo de colectores Solares

Turbina de vapor

Condensador

Aceite a 295 ºC

Aceite a 390 ºC

Vapor a 104 bar/371 ºC

Circ

uito

de

acei

te

Planta tradicional con aceite

G

Caldera auxiliar

Campo de

colectores Solares

Desgasificador

Condensador

Turbina de vapor

Planta GDV futuraVapor a 104 bar/371 ºC

Agua a 114 bar / 120 ºC

G

2222

KJC plants

Turbina de vapor

Condensador

Precalentador de presión baja

Desaireador

Sobrecalentador

Precalentador solar

Recalentador solar

Generador de vapor

Tanque de expansión

Depósito desal caliente

Colectores Solares

Depósito desal fria

Almacenamiento de dos tanques de sal

66--7 horas de 7 horas de almacenamiento almacenamiento ttéérmicormico

AndaSolAndaSol: El reto de introducir almacenamiento en plantas de aceite : El reto de introducir almacenamiento en plantas de aceite

••3600 horas3600 horas••IntegraciIntegracióón circuito n circuito y almacy almacéén de salesn de sales

2323

PLANTA SOLAR TRES

••AltAltíísimo factor de capacidadsimo factor de capacidad••Gran potencial de producir la electricidad solar mGran potencial de producir la electricidad solar máás baratas barata••Receptor y circuito de sales como tecnologReceptor y circuito de sales como tecnologíía clavea clave

2424

Receptor/Absorbedor Solar

Rangos de funcionamiento de distintos tipos de receptores solares (Autor: A. Kribus)

0

500

1000

1500

2000

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Presión (bar)

Tem

pera

tura

(ºC

)

Volu-métrico

Futuros desarrollos

Tubular de cavidad

Tubular externo

Tubo lineal (CP)

Nuevos tubos absorbedores sin soldaduravidrio-metalNuevo recubrimientos selectivos con menor emisividad (ε<0,1 a 400ºC) y mayor durabilidad.Receptores solares en torre para vapor sobrecalentado.Nuevas generaciones de receptoresvolumétricos con efficiencias superiores al 85%.Sales fundidas todavia por demostraroperación rutinaria y altos flujos.

2525

• Mas de un 70% de ocupación del suelo.

• >180 MWe por km2, • Reflectores por debajo de €80

por m2.• Futuro ligado a la generación

directa de vapor.• Menores eficiencias• Tubo absorbedor en desarrollo

Fresnel: LIDDEL en Australia y STEP en Portugal

6.5 MW en promoci6.5 MW en promocióón en n en TaviraTavira (Portugal) por SHP y (Portugal) por SHP y EnerpuraEnerpura

2.8 2.8 €€//WpWp

1.2 Ha/1.2 Ha/MWpMWp

Vapor saturado a 250Vapor saturado a 250ººCC

Prototipo MAN en la PSA

2626

SISTEMAS EFICIENTES DE ENFRIAMIENTO SIN CONSUMO DE AGUA

REFRIGERACIÓN POR AIRE

SISTEMA HELLER

Extra-coste 0,01 €/kWh

2727

¿Son competitivas las CET?

Mer

cado

may

oris

ta

Mer

cado

m

inor

ista

10 20 30 40 50Generación eléctrica Costes en cent$/ kWh

Mini-hidráulica

Solar Fotovoltaica

Concentración Solar

Biomasa

Geotérmica

Eólica

2828

40

80

50

60

100

2005 2010 2015 2020 2025 Año

70

Cos

tede

pro

ducc

ión 90

EscaladoEscalado15%15%

I+D+iI+D+i60%60%

Series y Series y mercadomercado25%25%

Impacto de la innovación en la reducción de costes

2929

Beneficios con I+D adicional

17.2

6.7

12.7

5.0

0

5

10

15

20

cent

s€/k

Wh

Seville, Spain 2000 kWh/m²a

Desert climate 2700 kWh/m²a

CSP cost reduction

Today2020

0.14

0.17

0.30

00.10.20.30.40.50.60.7

Relative costreduction

Technicalinnovation

Scaling of unitsize beyond 50MWVolumeproduction

0.61

0%

10%

20%

30%

40%

50%

Trough

with

HTF

Trough

DSG

CRS molt

en sa

lt

CRS satur

ated s

team

CRS atmos

pheri

c air

CRS pres

suriz

ed ai

r / so

lar

Dish en

gine

rela

tive

cost

redu

ctio

n

optimistic cost reduction estimationpessimistic cost reduction estimation

Technology Priority A ΔLEC Priority B ΔLEC Priority C ΔLEC Trough using oil

concentrator structure and assembly

7-11% Low cost storage system advanced reflectors and absorber

3-6 % 2-6%

increase HTF Temp reduce parasitics

1 - 3 % 2 – 3 %

Trough DSG

scale increased to 50 MW system Concentrator structure, and assembly

14 % 7-11%

Advanced Storage advanced reflectors and absorber

3-6% 2-6%

Increase HTF Temp reduce parasitics

1 - 3 % 2 – 3 %

SCR Salt scale increased to 50 MW heliostat size, structure,

3 -11% 7 -11%

Advanced mirrors

2 -6%

advanced storage

0 -1 %

ECOSTAR

http://www.vgb.org/en/research_project252.html

3030

PSA: 25 aPSA: 25 añños de innovacios de innovacióón sostenidan sostenida

EUROTROUGH, DISS, DISTOR, INDITEP, EURODISH, EUROTROUGH, DISS, DISTOR, INDITEP, EURODISH, SOLAIR, SOLGATE, SOLHYCOSOLAIR, SOLGATE, SOLHYCO

3131

CONCLUSIONES

•

El paso a la madurez de la electricidad a partir de fuentes renovables requiere aumentar capacidad y adaptación a la demanda.

•

Las CET ofrecen un portafolio de opciones de integración con almacenamiento térmico o con hibridación.

•

Las opciones libres de CO2

requieren sistemas baratos de almacenamiento térmico.

•

Las plantas híbridas permiten una penetración más rápida y una conexión con el norte de Africa.

•

Las CET contribuirían a integrar las redes eléctricas del Norte y el Sur del Mediterráneo.

•

Gran potencial de reducción de costes, con importante contribución del I+D