Termosolar

2,467 views

Published on

Published in: Travel, Business
0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
2,467
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
20
Actions
Shares
0
Downloads
105
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Termosolar

  1. 1. 200 a.C. 1500 Primera central termosolar de canales parabólicos en Shuman in Meadi, cerca de El Cairo (5 filas de 62 m con una turbina de vapor de120 CV) 1914 Concentrador de reflectores lineales de 6 km de longitud para una industria de tinte de cuero Asedio de Siracusa
  2. 2. LA GESTIONABILIDAD EN EL REGIMEN ESPECIAL
  3. 3. Discos Parabólicos con motor Stirling Canales Parabólicos Reflectores lineales Frenel Helióstatos con receptor en torre Desde sistemas centralizados a sistemas distribuidos
  4. 4. Tubo absorbedor AlmacenamientoCampo de colectores Tuberías Distribuidoras Espejo Parabólico Campo de colectores Bloque de Potencia
  5. 5.  Hay centrales termosolares con colectores cilindro parabólicos en funcionamiento desde mediados de los 80 y constituyen una tecnología comercial fiable. Se encuentran en operación 350 MW en USA y 150 MW en España. Hay más de 1.000 MW en construcción en nuestro país  Hay campos de heliostatos en operación desde principios de los 80 con eficiencia y fiabilidad demostrada y que, en la actualidad, están dedicados a ensayos de componentes y aplicaciones. Asimismo, hay una central comercial de 11 MW en operación continuada desde mediados de 2007 y otra de 50 MW que ha entrado recientemente en operación.  Las centrales termosolares son gestionables, mediante almacenamiento térmico y/o hibridación , bien con biomasa o con combustibles fósiles  Aplicaciones duales como por ejemplo generación eléctrica y desalación de agua podrían cubrir necesidades en emplazamientos específicos  Los costes de generación son todavía elevados y las necesidad de agua para la refrigeración del ciclo deben ser reducidas
  6. 6. ENERGIA EOLICAENERGIA EOLICA FOTOVOLTAICAFOTOVOLTAICA RecursoRecurso Operación TS: 3.500 h/año Gestionable Operación TS: 3.500 h/año Gestionable EmplazamientoEmplazamiento Costes TS: 6.000€/kW 27 c€/kWh Costes TS: 6.000€/kW 27 c€/kWh Diferente y complementario hasta cierto nivel Predicción menos fiable Lo mismo que las TS Diferente No compiten por el mismo territorio Los mismos intereses pero con distintos requisitos del terreno Más adecuada en elect. rural Fluente / no gestionable 2.200 horas/año Fluente / no gestionable 1600 horas/año 1.500 €/kW, 8 c€/kWh 6.500 €/kW, 32 c€/kWh
  7. 7. PS10 Y PS20 en Sanlucar la Mayor, Sevilla
  8. 8. ANDASOL 1 en Aldeire, Granada PE 1 Calasparra, Murcia PTS Puertollano, Ciudad Real
  9. 9. EVOLUCION PREVISTA DE LA POTENCIA TERMOSOLAR INSTALADA EN ESPAÑA
  10. 10. Plantas SEGS (Total 354 MW) Kramer Jctn / Harper Lake, California Nevada Solar One 64 MW Boulder City, Nevada Red Rock 1 MW Arizona Kimberlina 5 MW Bakersfild, California
  11. 11. 150 MW ISCC at Hassi R’Mel 470 MW ISCC at Ain Beni Mathar 146 MW ISCC at Kuraymat 100 MW in Abu Dhabi PRIMEROS PROYECTOS EN LA ZONA MENA
  12. 12.  Las Centrales Termosolares tienen las mismas características operacionales que las centrales térmicas convencionales - Proporcionan aporte inercial al sistema - Permiten regulación primaria, secundaria y terciaria - Además, pueden ser desconectadas sin perder su capacidad de seguir recolectando energía  Pueden ser fácilmente hibridadas con gas natural o biomasa  La predicción del recurso solar es bastante fiable Fuente:ForoNuclear
  13. 13.  Sistemas con concentración: La luz solar se concentra por medio de lentes o espejos sobre la zona a calentar. Lo que permite obtener rendimientos muy elevados. Estos sistemas son:   › Colectores solares de concentración de uno y dos ejes. › Hornos solares de torre central.  Sistemas sin concentración: La zona a calentar se expone directamente al Sol y sin elementos auxiliares, lo que se traduce en un rendimiento inferior, pero también en una mayor facilidad de construcción y menos posibilidades de fallos técnicos. Estos sistemas son:   › Colector solar plano convencional. › Colector solar de vacío.
  14. 14.  BAJA TEMPERATURA Aplicaciones a temperaturas menores de 100 º C  MEDIA TEMPERATURA Aplicaciones a temperaturas comprendidas entre 100 y 300º C  ALTA TEMPERATURA Aplicaciones a muy alta temperatura
  15. 15.  El sistema de concentración de un eje consiste en un tubo, por el que circula el líquido que se desea calentar, y que se encuentra ubicado delante de una superficie parabólica reflectante. La energía reflejada por el elemento parabólico incide sobre el tubo (de longitud que puede llegar incluso a los 100 metros) y cuya concentración es cincuenta veces superior a otro sistema similar sin lentes, permitiendo temperaturas no inferiores a 100 grados centígrados, pero que pueden llegar a alcanzar los 350.  El tubo debe ser fabricado con un material muy selectivo (generalmente óxido de cobre sobre níquel)  Los espejos se construyen con vidrios bajos en contenido de hierro o con metales esmerilados de gran pureza, para proporcionar el máximo de rendimiento.
  16. 16.  El sistema de colector de un eje precisa que la superficie perpendicular de la parabólica esté siempre posicionado hacia la máxima radiación del Sol. Para ello se disponen sistemas asados en ordenadores, que utilizan sensores de posición y servos.  El detector de posición consiste en una serie de fotodiodos o fototransistores, que generan una corriente eléctrica proporcional a la luz que les incide. Si la iluminación decae, la señal eléctrica emitida por el detector decaerá también, entonces el ordenador activará los motores de posición para modificar y reorientar el colector hacia el punto de mayor radiación del Sol  Este sistema, al ser de un único eje, solo permite el seguimiento del Sol de Este a Oeste, es decir, desde que nace hasta que se oculta, pero no de Norte a Sur. Este problema se acrecienta cuanto más nos alejemos del Ecuador.  Sin embargo, conforme nos alejamos del Ecuador y según la estación del año, desde nuestro punto de observación el Sol acusa más el movimiento sobre el eje Norte-Sur.  El sistema a dos ejes presenta complejidades mecánicas que no compensan el rendimiento obtenido, por lo que son poco utilizados.
  17. 17.  Son varios espejos orientables, en los que se refleja la luz del Sol, haciendo que converjan en la caldera.
  18. 18.  Caldera:   › Es la parte de la central solar en la que convergen los rayos solares reflejados por los helióstatos, alcanzando una gran temperatura. Al alcanzar esa gran temperatura, calienta el agua que pasa por ella y la transforma en vapor.     Turbina:   › El vapor generado en la caldera mueve la turbina, la cual está unida al generador para que éste reciba su movimiento.    Generador o alternador:   › Es el encargado de generar energía eléctrica; gracias al movimiento rotatorio de la turbina, el generador transforma ese movimiento en energía eléctrica mediante inducción.
  19. 19.  Transformador:  › Se encarga de transformar la energía eléctrica generada en el alternador para hacerla llegar a la red eléctrica.   Condensador: › Es donde se convierte el vapor (proveniente de la turbina) en agua líquida. Ello es debido a que en el interior del condensador existe un circuito de enfriamiento encargado de enfriar el vapor, transformándose en agua líquida.   Bomba: › Es la encargada de impulsar el agua de nuevo hasta la caldera.   Centro de control:  › Es donde se controla todo el proceso de transformación de la energía solar en energía eléctrica.
  20. 20. Aquí empezó todo (solar termoeléctrica de alta temperatura), allá por 1980
  21. 21. Planta PS 10 de receptor central
  22. 22. VALDECABALLEROS VILLANUEVA DE LA SERENA FUENTE DE CANTOS TORRE DE MIGUEL SESMERO 50 Peticiones 2.500 Mw Cupo de España 500 Mw 19 Aprobadas (950 MW)
  23. 23.  Capacidad de generación de energía eléctrica: 49,9 MW a 50 Hz  Capacidad de almacenamiento térmico de 8,2 horas a plena carga de la central.  Caldera de gas natural con capacidad de producción del 15 % de la electricidad total generada
  24. 24.  Gasto de la central: 800.000 m3/año  Sistema de agua de circulación: Es el sistema de refrigeración del vapor que sale de la turbina al completarse el ciclo agua- vapor que genera la potencia de la central  Recarga del circuito aaua - vapor de la central: Es debida a la pérdida de agua por fugas y purgas en determinados puntos del circuito, como pueden ser fugas en las válvulas  Purgas v limpieza de elementos de la central: Las purgas son necesarias para eliminar partículas sólidas, bajar la concentración de sales, iones, etc.  Acumulación de agua para el sistema de protección de incendios. Se usará aproximadamente un 3 % del volumen de agua disponible.  Consumo de otros sistemas (talleres, laboratorios, oficinas) y trabajadores de la central: Dichas necesidades podrían ser cubiertas mediante una pequeña planta potabilizadora propia. Se usará aproximadamente un 1 % del volumen de agua disponible.
  25. 25.  campo solar. Compuesto por el conjunto de colectores cilindro parabólicos y circuito de fluido térmico.  Isla de potencia: Esta zona incluye el sistema de almacenamiento térmico, caldera de "apoyo, ciclo agua-vapor y acondicionamiento de energía eléctrica.  La central constará, según lo anteriormente señalado, de las siguientes zonas o subsistemas principales:   › Campo solar › Sistema de almacenamiento térmico › Caldera de apoyo - suministro de gasA › Ciclo agua - vapor › Sistema de generación y acondicionamiento de energía eléctrica. › Sistema de control e instrumentación › Suministros de agua › Sistemas auxiliares
  26. 26.  Los colectores cilindro-parabólicos son los elementos encargados de concentrar la energía radiante solar sobre el fluido térmico que discurre por los conductos receptores situados en su línea focal.  Este tipo de colectores, junto con los heliostáticos, son las únicas tecnologías de concentración solar disponibles a nivel comercial que pueden transmitir energía térmica de alta temperatura  Los colectores cilindro-parabólicos consisten en un sistema de concentración de geometría parabólica.
  27. 27. Se trata, en definitiva, de un espejo curvado, en forma de parábola, en una de sus dimensiones, de manera que concentra sobre su línea focal toda la radiación solar que atraviesa su plano de apertura. La luz del sol se capta a través de una gran superficie abierta y es concentrada sobre un área receptora mucho más pequeña, multiplicando la intensidad de la radiación solar por un relación de concentración, permitiendo así que se alcancen altas temperaturas.
  28. 28.  El ratio de concentración es el parámetro mas importante a establecer para el diseño del concentrador; el objetivo es equilibrar la captación de energía solar frente a las pérdidas de calor del receptor: cuanto mayor sea el diámetro del receptor, mayores serán sus pérdidas de calor  La captación dependerá de factores como la perfección de la parábola, el tamaño del disco solar, dado que el sol no es una fuente puntual  La superficie especular se consigue a base de películas de plata o aluminio depositadas sobre una superficie que le da suficiente rigidez.
  29. 29.  Son los elementos estructurales encargados de soportar los colectores cilindro-parabólicos así como los tubos absorbedores. Su diseño es tal que minimiza el riesgo de deformación estructural o rotura de los citados elementos y permite una fácil limpieza de los espejos reflectores.  La misión de la estructura del colector es dar rigidez al conjunto de elementos que lo componen, a la vez que actúa como interfase con la cimentación de colector.
  30. 30.  El receptor típico de este tipo de tecnología es un tubo de metal absorbente rodeado por un tubo de cristal. Sobre el receptor se sitúa un recubrimiento selectivo, con una alta absortividad para la radiación incidente dentro del rango visible e infrarrojo próximo y una baja emisividad para longitudes de onda pertenecientes al infrarrojo medio.  El cristal que lo recubre junto con el vacío que existe entre éste y el tubo absorbedor, aisla a este último de las inclemencias meteorológicas y reduce de manera importante las pérdidas de calor por conducción y convección.
  31. 31.  El sistema de seguimiento solar más comúnmente escogido para esta aplicación consiste en un dispositivo que gira los reflectores alrededor de un solo eje. Dicho eje, según se ha mencionado anteriormente, estará dispuesto en la dirección Norte-Sur  La señal de consigna se compara con el ángulo real de giro del colector de modo que se obtiene el error actual de posicionamiento. En función de este error, el regulador de posición calcula la señal eléctrica de mando al actuador (que influye directamente en la posición del colector).
  32. 32.  Por el interior del tubo metálico circula el fluido de trabajo. El fluido de trabajo empleado en los concentradores cilindrico parabólicos depende de la temperatura máxima de operación, para aquellas aplicaciones entre 200 y hasta 400 e C se emplea aceite sintético.  Entre las propiedades del Therminol VP-1 pueden citarse las siguientes: › Buenas propiedades de transferencia de calor y de estabilidad termoquímica (mayor estabilidad que todos los fluidos de transferencia de calor orgánicos). › Es una mezcla eutéctica de un 73,5 % de óxido de difenilo (DPO) y un 26,5% de bifenilo. Puede ser empleado como fluido de transferencia de calor en fase líquida o como un medio de transferencia de calor que se vaporiza y se condensa. Es miscible e intercambiable con otros fluidos de transferencia de calor de composición similar › Baja viscosidad: Tiene una baja viscosidad en el rango óptimo de utilización de 120 B C a 400 °-C.
  33. 33.  Potencia=Valor umbral x IAM x Scampo solar  P = DNI x IAM x S  P= 49,9 MW  IAM = 0,96  S = Apertura x L x n  Máxima (21 de junio, próxima al medio día)
  34. 34.  Su misión será impulsar el fluido térmico frío hacia el campo solar para que se caliente de nuevo.  Se situarán próximas al tanque de expansión del circuito del fluido térmico que está situado en la zona fría de dicho circuito.
  35. 35.  El sistema de almacenamiento térmico estará dotado, en principio, de dos depósitos de sales fundidas (dicha configuración podría cambiar en función del futuro desarrollo de esta tecnología): el depósito de sales calientes y el depósito de sales frías  En las horas de mayor radiación solar, una fracción del aceite del campo solar se hace circular a través del intercambiador de calor del sistema de almacenamiento térmico donde el aceite se enfría desde una temperatura de 390 ºC hasta una de 300 ºC.  Las sales se calienten desde 290º C a 380 º C  Cuando la radiación solar es reducida se invierte el proceso
  36. 36.  Mezcla de Nitrato de sodio 60% y Nitrato de potasio 40%, lo que le confiere: › Alta densidad de almacenamiento energético (por unidad de masa o de volumen). › Buena transferencia de calor. › Estabilidad mecánica y química en el almacenamiento del material. › Compatibilidad química entre el material de almacenamiento y el fluido transmisor (aceite). › Disponibilidad para un alto número de cargas y descargas de calor › Pérdidas térmicas escasas › Facilidad de control
  37. 37.  La turbina de vapor es de tipo condensación (presión de salida inferior a la atmosférica). Suministra potencia suficiente para que el alternador genere 49.9 MWe de potencia nominal.  Cuenta con dos etapas, recalentamiento intermedio entre los cuerpos de alta y baja presión y cinco extracciones en el cuerpo de baja presión para precalentamiento regenerativo de agua.  Los componentes del grupo están instalados en un marco de base común incluyendo los componentes del sistema de aceite. El tanque de aceite está dentro del marco base. Toda la instrumentación está precableada a cajas localizadas en la parte delantera del marco base
  38. 38.  Completamente encapsulado  Tipo síncrono  Refrigeración por aire  Rotor liso  Potencia nominal de 49,9 MW a 50 Hz  Tensión de generación de 3 x 11 kV
  39. 39.  DESARROLLOS FUTUROS
  40. 40. CONSIDERACIONES PRINCIPALES Temperatura máxima Temperatura de solidificación Características de transmisión de calor Calor específico Características de cambio de fase Aspectos de seguridad Aspectos Medioambientales Coste Vapor saturado Vapor sobrecalentado Aire Sales fundidas Aceite sintético
  41. 41. CONSIDERACIONES PRINCIPALES Medio de almacenamiento: igual o distinto al de captación Calor sensible o latente Medio único o múltiple Reacciones químicas reversibles Volumen ocupado Aspectos de seguridad Velocidad carga/descarga Coste Hibridación: ¿Complemento o Alternativa?

×