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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Plantas termosolares. Concentradores solares. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Fuentes alternativas de energía Tales plantas de energía concentran la energía solar utilizando lentes y reflectores. Dado que este calor se puede almacenar, dichas estaciones pueden generar electricidad según sea necesario, de día o de noche, en cualquier clima. Grandes espejos -de foco puntual o lineal- concentran los rayos del sol a tal punto que el agua se convierte en vapor, al tiempo que libera energía suficiente para hacer girar la turbina. Corporación Luz. instaló enormes campos de tales espejos en el desierto de California. Producen 354 MW de electricidad. Estos sistemas pueden convertir la energía solar en electricidad con una eficiencia de alrededor del 15%. Todas las tecnologías descritas, excepto los estanques solares, utilizan concentradores para alcanzar altas temperaturas, que reflejan la luz del Sol desde una superficie mayor hacia una superficie receptora menor. Por lo general, dicho sistema consta de un concentrador, un receptor, un refrigerante, un sistema de almacenamiento y un sistema de transmisión de energía.
El calor solar se puede almacenar de muchas maneras. Las tecnologías modernas incluyen concentradores parabólicos, espejos parabólicos solares y torres de energía solar. Pueden combinarse con plantas de combustión de combustibles fósiles y, en algunos casos, adaptarse para el almacenamiento de calor. La principal ventaja de dicha hibridación y almacenamiento térmico es que dicha tecnología puede proporcionar la programación de la producción de electricidad (es decir, la generación de electricidad se puede realizar en los momentos en que se necesita). La hibridación y el almacenamiento de calor pueden aumentar el valor económico de la electricidad producida y reducir su coste medio. Sistema parabólico (bandeja) Estas instalaciones utilizan espejos parabólicos (bandejas) que concentran la luz solar en tubos receptores que contienen un fluido caloportador. Este líquido se calienta a casi 400°C y se bombea a través de una serie de intercambiadores de calor; esto produce vapor sobrecalentado, que impulsa un generador de turbina convencional para producir electricidad. Para reducir la pérdida de calor, el tubo receptor puede estar rodeado por un tubo de vidrio transparente colocado a lo largo de la línea focal del cilindro. Por regla general, este tipo de instalaciones incluyen sistemas de seguimiento solar uniaxiales o biaxiales. En casos raros, son estacionarios.
Las estimaciones de la tecnología muestran que es más costosa que las plantas de energía solar tipo torre y plato, principalmente debido a la menor concentración de radiación solar y, por lo tanto, a temperaturas más bajas y, en consecuencia, a la eficiencia. Sin embargo, con más experiencia operativa, tecnología mejorada y costos operativos reducidos, los concentradores parabólicos pueden ser la tecnología menos costosa y más confiable del futuro cercano. Construidos en la década de 80 en el desierto del sur de California por Luz International, nueve de estos sistemas conforman la planta de energía solar térmica más grande del mundo en la actualidad. Estas centrales eléctricas suministran electricidad a la red eléctrica pública del sur de California. En 1984, Luz International instaló un Sistema de generación eléctrica solar I (o SEGS I) de 13,8 MW en Deggett, en el sur de California. En los tubos receptores, el aceite se calentaba a una temperatura de 343°C y se generaba vapor para generar electricidad. El diseño "SEGS I" proporcionó 6 horas de almacenamiento de calor. Utilizaba hornos de gas natural, que se utilizaban en ausencia de radiación solar. La misma empresa construyó centrales eléctricas similares "SEGS II - VII" con una capacidad de 30 MW. En 1990, se construyeron los "SEGS VIII y IX" en Harper Lake, cada uno con una capacidad de 80 MW. Debido a numerosas dificultades legislativas y políticas, Luz International y sus afiliados se declararon en quiebra el 25 de noviembre de 1991. Ahora las estaciones "SEGS I - IX" son operadas por otras empresas bajo el antiguo contrato con "Southern California Edison". Los planes para construir "SEGS X, XI, XII" tuvieron que abandonarse, lo que significó la pérdida de 240 MW adicionales de capacidad planificada.
Tipo de placa solar Este tipo de planta solar es una pila de espejos parabólicos (de forma similar a una antena parabólica) que concentran la energía solar en receptores ubicados en el punto focal de cada antena. El líquido en el receptor se calienta hasta 1000°C y se usa directamente para generar electricidad en un pequeño motor y generador conectado al receptor.
Además, gracias al diseño modular, estos sistemas representan la mejor opción para satisfacer las necesidades de energía tanto de consumidores independientes (en el rango de kilovatios) como híbridos (en el rango de megavatios), conectados a las redes eléctricas. Esta tecnología se ha implementado con éxito en varios proyectos. Uno de ellos es el proyecto STEP (Solar Total Energy Project) en el estado estadounidense de Georgia. Este es un gran sistema de espejos parabólicos que funcionó en 1982-1989. en Shenandoah. Consistía en 114 espejos, cada uno de 7 metros de diámetro. El sistema producía vapor de alta presión para la generación de energía, vapor de media presión para la industria del tejido y vapor de baja presión para el sistema de aire acondicionado en la misma fábrica de tejido. En octubre de 1989, la compañía eléctrica cerró la central debido a daños en la turbina principal y falta de fondos para reparar la central. Los motores Stirling y Brayton están actualmente en desarrollo. Varios sistemas piloto que van desde 7 kW a 25 kW están en funcionamiento en los Estados Unidos. La alta eficiencia óptica y el bajo costo inicial hacen que los sistemas de espejo/motor sean los más eficientes de todas las tecnologías solares. El motor Stirling y el sistema de espejos parabólicos tienen el récord mundial de la conversión más eficiente de la energía solar en electricidad. En 1984, el Rancho Mirage en California logró una eficiencia práctica del 29%.
Una empresa conjunta entre Sandia National Lab y Cummins Power Generation está intentando comercializar un sistema de 7,5 kW. Cummins espera vender 10 unidades al año para 000. Otras empresas también están interesadas en utilizar espejos parabólicos y motores Stirling juntos. Por ejemplo, Stirling Technology, Stirling Thermal Motors y Detroit Diesel, junto con Science Applications International Corporation, formaron una empresa conjunta de $2004 millones para desarrollar un sistema de 36 kilovatios basado en el motor Stirling. Torres de energía solar con un receptor central Estos sistemas utilizan un campo giratorio de reflectores de helióstatos. Enfocan la luz solar en un receptor central construido en la parte superior de la torre, que absorbe la energía térmica y acciona un generador de turbina. Un sistema de seguimiento biaxial controlado por computadora posiciona los helióstatos de modo que los rayos solares reflejados sean estacionarios y siempre caigan sobre el receptor. El líquido que circula en el receptor transfiere calor al acumulador de calor en forma de vapor. El vapor mueve una turbina para generar electricidad o se utiliza directamente en procesos industriales. Las temperaturas en el receptor alcanzan de 538 a 1482 °C.
La primera planta de torre, llamada "Solar One" cerca de Barstow, en el sur de California, demostró con éxito la aplicación de esta tecnología a la generación de energía. La empresa operó a mediados de la década de 1980. Utilizaba un sistema de agua-vapor con una capacidad de 10 MWe. En 1992, un consorcio de empresas energéticas estadounidenses decidió actualizar Solar One para demostrar un receptor de sales fundidas y un sistema de almacenamiento térmico. Gracias al almacenamiento de calor, las centrales eléctricas de torre se han convertido en una tecnología solar única que permite el despacho de electricidad con un factor de carga de hasta el 65%. En un sistema de este tipo, la sal fundida se bombea desde un tanque "frío" a una temperatura de 288 °C y pasa a través de un receptor, donde se calienta a 565 °C y luego se devuelve al tanque "caliente". Ahora se puede usar sal caliente para generar electricidad según sea necesario. En los modelos modernos de tales instalaciones, el calor se almacena de 3 a 13 horas.
Solar Two, una torre de energía de 10 MW en California, es el prototipo de las grandes centrales eléctricas industriales. Suministró electricidad por primera vez en abril de 1996, marcando el comienzo de un período de 3 años de prueba, evaluación y generación de energía piloto para demostrar la tecnología de sales fundidas. El calor solar se almacena en sales fundidas a una temperatura de 550°C, gracias a lo cual la estación puede generar electricidad día y noche, en cualquier clima. La finalización exitosa del proyecto "Solar Two" debería facilitar la construcción de tales torres a nivel industrial en el rango de capacidad de 30 a 200 MW. Comparación de especificaciones La tabla resume las características clave de las tres opciones para la generación de energía solar térmica. Las torres y los concentradores cilíndricos parabólicos funcionan de manera óptima como parte de grandes centrales eléctricas conectadas a la red con una capacidad de 30-200 MW, mientras que los sistemas de tipo disco consisten en módulos y se pueden usar tanto en instalaciones independientes como en grupos con un capacidad total de varios megavatios. Los cilindros parabólicos son, con mucho, la tecnología de energía solar más avanzada y es probable que se utilicen en un futuro próximo. Las centrales eléctricas de tipo torre, debido a su eficiente capacidad de almacenamiento de calor, también pueden convertirse en un futuro próximo en plantas de energía solar. El carácter modular de las "bandejas" permite su uso en instalaciones más pequeñas. Las torres y los “platos” permiten alcanzar valores de eficiencia más altos para convertir la energía solar en energía eléctrica a un costo menor que los concentradores parabólicos. Sin embargo, no está claro si estas tecnologías podrán lograr la reducción requerida en los costos de capital. Los concentradores parabólicos son ahora una tecnología probada, esperando su oportunidad de mejorar. Las centrales eléctricas de torre deben demostrar la eficiencia y la fiabilidad operativa de la tecnología de sales fundidas utilizando helióstatos económicos. Para los sistemas tipo poppet, es necesario crear al menos un motor comercial y desarrollar un concentrador económico. Características de las centrales termosolares
(p) = pronóstico; (d) = hecho Comparación de las principales tecnologías termosolares
Algunos problemas económicos y de diseño de las centrales termosolares El coste de la electricidad producida por las plantas termosolares depende de muchos factores. Entre ellos se encuentran los costos de capital, los costos de operación y los costos de mantenimiento, el rendimiento del sistema. Sin embargo, es importante señalar que el costo de la tecnología y el costo final de la electricidad generada están sujetos a una influencia significativa de factores externos que no están directamente relacionados con esta tecnología. Por ejemplo, los concentradores parabólicos y las pequeñas torres independientes pueden ser bastante costosos. Para reducir su costo y hacerlos competitivos con las modernas plantas de energía de combustibles fósiles, es necesario aumentar gradualmente su capacidad y construir centros de energía solar, donde se ubican varias instalaciones de energía en el mismo sitio. Además, dado que estas tecnologías reemplazan a los combustibles tradicionales, la regulación fiscal puede tener un impacto significativo en su competitividad. Costo versus valor A través del almacenamiento de calor y la hibridación, las plantas de energía solar térmica pueden convertirse en una fuente de electricidad sostenible y flexible. Es fiable y capaz de producir electricidad cuando se necesita. Como resultado, la electricidad controlada es de gran valor para la empresa de servicios públicos, ya que compensa la necesidad de construir y operar nuevas centrales eléctricas. Esto significa que, si bien una planta de energía solar térmica puede costar más que una tradicional, el valor puede ser mayor. Ventajas de las plantas de energía solar. Las plantas de energía solar térmica crean dos veces y media más empleos calificados y mejor pagados que las plantas de energía tradicionales que queman combustibles fósiles. La Comisión de Energía del Estado de California realizó un estudio que mostró que incluso con los créditos fiscales existentes, una planta de energía solar térmica tiene que pagar aproximadamente 1,7 veces más impuestos federales y locales que una planta de ciclo combinado de capacidad equivalente. Si se pagaran los mismos impuestos por estas centrales eléctricas, el costo de la electricidad producida por ellas sería aproximadamente el mismo. Potencial Si solo el 1% de los desiertos de la tierra se utilizara para la producción de electricidad termosolar limpia, se recibiría más de lo que se genera hoy en día por la quema de combustibles fósiles en todo el mundo. Hallazgos Las tecnologías para generar electricidad termosolar a partir de la concentración de la luz solar se encuentran en diferentes etapas de desarrollo. Los concentradores parabólicos ya se utilizan hoy en día a escala industrial: en el desierto de Mojave (California), la capacidad instalada es de 354 MW. Las torres de energía solar se encuentran en la fase de proyectos de demostración. Un proyecto piloto llamado "Solar Two" con una capacidad de 10 MW se está probando en Barstow (EE. UU.). Los sistemas tipo disco están pasando por la etapa de proyectos de demostración. Varios proyectos están en desarrollo de diseño. Una estación prototipo de 25 kilovatios está funcionando en Golden (EE. UU.). Las plantas de energía solar térmica tienen una serie de características que las convierten en una tecnología muy atractiva en el mercado global de energía renovable en expansión. En Ucrania, bajo el dominio soviético, en los años 80, se construyó una planta de energía solar experimental con una capacidad de 5 MW cerca de la ciudad de Shchelkino, distrito de Leninsky de la República Autónoma de Crimea. En el momento de la perestroika, cuando el apoyo financiero del estado desapareció de la planta de energía solar, la planta de energía solar no pudo recuperar sus propios costos operativos. La planta de energía solar fue detenida y saqueada. En 2005, la planta de energía solar finalmente se desmanteló de acuerdo con la decisión del Ministerio de Combustible y Energía de Ucrania. Las plantas de energía solar térmica han recorrido un largo camino en las últimas décadas. El trabajo de desarrollo continuo debería hacer que estos sistemas sean más competitivos con los combustibles fósiles, aumentar su confiabilidad y proporcionar una alternativa seria frente a la demanda cada vez mayor de electricidad.
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Comentarios sobre el artículo: Serguéi Mijáilovich Dovbush, rocosov@yandex.ru Hay suficiente sol en todas partes para todos en el verano, y para los fríos meses de invierno, se necesitan reservas de enormes acumuladores de calor, equipados a gran profundidad.Para esto, es rentable utilizar pozos de carbón agotados suministro de agua caliente.
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