Electricidad por Concentración de Energía Solar

Por Ing. Ygor B. Guilarte López, Yokogawa Corporation of America

InTech México Automatización,
Edición Enero – Marzo 2011.


Nuestra empresa, al igual que el resto de la industria, está comprometida en crear tecnologías para un uso más eficiente de la energía, En este sentido, incentiva al sector de procesos a generar menor cantidad de emisiones causantes del efecto invernadero, construyendo productos robustos que perduren y protejan el ambiente de gases contaminantes; y adoptando comportamientos y buenas prácticas de ingeniería para reducir el consumo.


En cuanto a la electricidad, una de las fuentes de generación “renovable” es el aprovechamiento de la energía solar. Así, evaluando las zonas de mayor irradiación solar del planeta definida como aquellas áreas con capacidad de generar más de 2,000 Kwh/m2 por año- observamos el llamado “Cinturón Solar”, ilustrado en el mapa, Los países donde se ha desarrollado tecnología para su aprovechamiento son EEUU y España; sin embargo en México, la Comisión Federal de Electricidad (CFE) ha iniciado un programa de diversificación de fuentes de energía en el país a fin de garantizar el impulso sustentable de la nación y reducir el consumo de valiosos recursos naturales no renovables.

En ese contexto la CFE ha incorporado en su programa de inversiones y licencias operativas para Productores Independientes de Energía (IPP), el desarrollo de generación hidráulica, eólica, geotérrnica y la llamada Concentración de Energía Solar (CSP); esta última para aprovechar la privilegiada ubicación de algunos estados en el norte de México (por ejemplo Sonora) en el “Cinturón Solar”.

VARIACIONES DE LA TECNOLOGÍA CSP

La tecnología “Concentración de Energía Solar (CSP)” utiliza espejos que siguen la posición del Sol, corrigiendo y optimizando su exposición hacia receptores (paneles) solares, que crean vapor de agua que a la vez alimentan una turbina generadora de electricidad. Entre las diferentes técnicas para concentrar el calor proveniente del sol, podemos mencionar los siguientes arreglos:

  • A través de parabólicas: Usa espejos curvos mediante los cuales se refleja la luz di recta del Sol hacia un ducto que contiene un fluido arriba de los reflectores. El fluido calentado es transportado hacia una área de vapor que alimenta una turbina de generación.
  • Fresnel lineal: Usa una serie de espejos largos, estrechos y planos, que enfocan la luz a uno o más receptores lineales posicionados por en mas de sí mismos. El proceso es similar al anterior.
  • Torre: Usa un arreglo de espejos planos y móviles que enfocan los rayos del Sol a una torre de recolección. El proceso siguiente es similar.
  • Motor stirling/Plato parabólico: El arreglo usa espejos parabólicos con motores Stirling colocados en su centro focal. El calor solar concentrado calienta directamente el motor Stirling para generar electricidad.
  • Torre (tecnología impulso hada abajo): El arreglo con mayor efectividad implementada, variante del concepto de torre, es en la que una torre apoya una gran parábola invertida que enfoca un receptor el cual concentra todo el calor del campo.

PROCESO E INTEGRACIÓN A CICLO COMBINADO

En el esquema mostrado, el proceso CSP tiene tres etapas fundamentales: el campo solar, almacenamiento térmico y bloque de generación. Al igual que la generación por quema de gas natural, el proceso se potencia al incorporar al ciclo abierto (simple) de una turba de generación por vapor, la sinergia de un ciclo combinado. Así, en el ciclo combinado típicamente se agrega al proceso un Generador Recuperador de Calor por Vapor (HRSG) y el Balance de Planta (BOP) que maximiza la generación.

CONTROL DE POSICIONAMIENTO

Típicamente, cada panel espejo posee un control del ángulo basados en posición de! Sol. El Fluido de Transferida de Calor (HTF) es calentado por el Sol en forma óptima según este algoritmo de control. Por su condición climática, se suele contener en gabinetes NEMA 4 Y se comunica via fibra óptica al Sistema de Control Distribuido (DCS). En la estrategia de control se incluyen la medición de la temperatura y la medición de aislamiento y ángulo de indicación. El control puede ser local o por indicación remota del DCS o SCADA. La configuración demanda conocimiento en medición  de temperatura de alta presión. Los motores de movimiento a cada panel espejo ajustan las direcciones. De altitud como la posición “Azimuth”.

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