ENERGÍA TERMOSOLAR

Planta termosolar de torre central española.

Entre las energías renovables las plantas termosolares de reflector parabólico logran el precio de producción eléctrica más bajo de todas. Si buscamos una opción renovable para producir electricidad a precios muy competitivos tenemos que adoptar este tipo de tecnología. Los números nos dan la razón, el coste de producir electricidad de éste tipo de plantas ronda los (0,16 - 0,23 euros/kWh), frente a la media de (0,48 -0,67 euros/kWh) de la energía eólica.

De las platas termosolares actualmente en comercialización, las de espejo parabólico son las más comunes, mientras que las de receptor central (imagen superior) siguen en una etapa previa a la plena implantación comercial. En las plantas termosolares más comunes un espejo parabólico va siguiendo al Sol durante el día, enfocando la luz sobre un tubo central donde se calienta un fluido que puede ser oleoso o acuoso. El tubo serpentea por los distintos receptores parabólicos hasta llegar a unos 400ºC a un intercambiador de calor, en donde se genera el vapor necesario para mover las turbinas y generar la electricidad. Una ventaja de éste tipo de plantas es que se las puede dotar de sistemas de almacenaje del exceso de calor mediante sales (sodio fundido) guardadas en depósitos isotérmicos, lo que les permite funcionar a plena carga hata 7,5 horas despues de la puesta de Sol. Otra ventaja es que se las puede asociar con plantas convencionales de gas natural, de este modo la planta puede funcionar las 24 horas del día produciendo electricidad bajo demanda. Esa elasticidad, y la capacidad de almacenar el exceso de energía en forma de calor, las convierte en especialmente competitivas frente a otras energías renovables.

Planta de receptor parabólico.

Sus fundamentos ecológicos se basa en cierto sentido en el de un auomóvil hibrido. Si hay Sol se utiliza esta fuente de energía de manera preferente, si se produce en exceso se almacena, y cuando la demanda eléctrica es superior a la producción, se recurre a la planta de gas natural asociada. De este modo la emisión de gases de efecto invernadero se reduce considerablemente.

Otra de las ventajas de las plantas termosolares es la de producir hidrógeno a precios competitivos. En las plantas de receptor central se puede producir hidrógeno mediante ciclos químicos (ver entrada sobre producción de hidrógeno) gracias a que se alcanzan temperaturas de hasta 1000ºC.

Entre los problemas que impiden una mayor difusión de este tipo de tecnología se encuentran la necesidad de utilizar enormes extensiones de terreno, que además debe ser completamente llano y con una alta insolación. Eso limita el número de localizaciones idóneas a unos pocos desiertos a nivel mundial que presentan cielos impolutos, pero donde puede ser complicado encontrar el agua necesaria para la refrigeración y limpieza de los espejos.

Planta de ACCIONA en el desierto de Nevada (USA)

RECORD TERMOSOLAR

Gemasolar, Sevilla (España)

A principios de Julio la planta Gemasolar, situada en la provincia de Sevilla (España), se convirtió en la primera planta termosolar de uso comercial en conseguir producir electricidad durante las 24 horas, de acuerdo con la empresa constructora Torresol Energy.

A diferencia de las plantas fotovoltaicas que utilizan la luz solar para generar electricidad directamente. Las plantas solares térmicas, concentran el calor del Sol para accionar turbinas de vapor. Mediante ese sistema se puede almacenar la energía en forma de calor para su uso durante las horas nocturnas. Gracias a eso mejora la competitividad de la planta, bajando los costes de generación.

La planta Gemasolar es de tipo torre central y tiene 20 MW de potencia instalada. Consiste en un complejo con 2650 heliostatos (espejos que giran siguiendo la trayectoria del Sol) que concentran la radiación en una torre central, en un punto situado a 140 metros de altura. La intensa radiación calienta sales hasta fundirlas y volverlas líquidas a 500ºC. Las sales se mueven por el circuito para producir vapor de agua que mueve las turbinas. Pero las sales fundidas también pueden ser almacenadas en depósitos isotermos para su uso en las horas en las que no hay Sol.

El demostrar comercialmente esta tecnología es un importante paso para su implantación a mayor escala. La flexibilidad para adaptarse a la demanda eléctrica nacional, es un hito fundamental que tienen que alcanzar las energías renovables antes de ser verdaderamente una opción comercial. Según Diego Ramírez, Director de producción de Torresol Energy. “La mayor capacidad de producción a coincidido con los excelentes días de radiación solar del mes de Junio, con lo que se ha alcanzado una media de operatividad de 20 horas al día para dicho mes.”

Pero no siempre se consigue el máximo de producción en Junio. La energía renovable es tan voluble que en ocasiones ocurre en Julio y otras en Mayo, todo depende del tiempo. En España, las plantas solares (fotovoltaicas y térmicas) solo contribuyen significativamente a la red eléctrica en las temporadas de primavera-verano (menos de 6 meses al año). Según REE (Red Eléctrica de España), en el pasado mes de Mayo su producción alcanzó un record del 4,5% de cobertura de la demanda. Pero la media Enero-Abril fue de solo un 2,6% de la demanda. Si sumamos el buen dato de Mayo, la media en lo que ha transcurrido del 2011 queda en el 2,9%.

De la variabilidad en el suministro del conjunto de energías renovables da cuenta la cifras comparativas de contribución entre los ejercicios 2010 y 2011. Tenemos un 40,4% en mayo 2010 frente al 34,4% del mismo mes de 2011. ¡La producción ha disminuido considerablemente a pesar de aumentar la potencia instalada!

Podemos hacer una última reflexión para hacernos una idea cabal de las magnitudes con las que estamos tratando. Una planta nuclear moderna tiene una potencia eléctrica de 1200 a 1600 MW, harían falta 70 de estas pequeñas plantas solares para igualar la potencia instalada. Pero como las horas de operatividad de las centrales nucleares se acercan al 90% y las solares son inferiores al 20%, se necesitarían realmente más de 300 plantas solares tipo Gemasolar para aproximarse a la producción de una sola central nuclear. Y a pesar de tan elevada inversión, nadie podría asegurar que durante un temporal que nuble los cielos de España 10 o 15 días podamos contar con suministro eléctrico.

PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO

Central termosolar española PS.10

Hemos visto en anteriores entradas que el hidrógeno se convertirá en la principal forma de transportar energía para lograr la necesaria electrificación del transporte. Pero el hidrógeno no es una fuente de energía, su función es servir de vector energético. De ahí se deduce que el hidrógeno será tan respetuoso con el medio ambiente como lo sea la fuente energética utilizada para su obtención.

Métodos de obtención:

1. Reformado de gas natural con vapor de agua: El hidrógeno se produce en la actualidad casi en su totalidad del gas natural, porque es la forma más económica de fabricarlo, simplemente hay que romper los enlaces de la molécula de metano (CH4) y convertirlo en CO2 y H2 en dos etapas. La primera es la transformación en una mezcla de CO y H2 (gas de síntesis), y la posterior converisión de monóxido a dióxido, aumentando la producción de hidrógeno mediante la reacción de gas de agua
 (CO + H2O =>CO2 + H2). La transformación tiene lugar a elevada presión y temperatura lo que tiene su coste energético. La eficacia global de conversión es del 65%. Este metodo también se puede emplear con las facciones ligeras del petróleo o alcoholes, auqnue aumentado la emisión de CO2 a la atmósfera. En la actualidad el 99% del hidrógeno se produce industrialmente siguiendo los metodos 1 y 2.

2. Gasificación del carbón y facciones pesadas del petróleo: La obtención desde el carbón sería la opción más deseada por los norteamericanos que son la primera potencia mundial en producción y reservas de carbón. Aunque sin duda es la opción ¡menos ecológica! Para lograrlo primero habría que regasificar el carbón. Es decir la obtención de metano mediante la aplicación de calor y vapor de agua (carbón+vapor de agua= metano). Una vez obtenido el metano se sigue el procedimiento que ya expusimos (metano= carbón + hidrógeno). Las reacciones principales son la pirólisis y la oxidación parcial. Este tipo de reacciones tambien son aplicables a la biomasa con lo que las emisiones totales de CO2 se compensan.

3. Procesos termoquímicos: Se basan en la utilización del calor para provocar la disociación del agua en hidrógeno y oxígeno. Aunque un tratamiento purametne térmico resulta inviable pues se necesitan alcanzar temperaturas proximas a los 3000ºC. De todos modos, si queremos evitar el cambio climático y la excesiva dependencia de los combustibles fósiles, tenemos que encontrar un modo alternativo de producción. Las centrales nucleares de IV Generación serán una buena opción ya que al funcionar a temperaturas elevadas (superiores a los 900ºC) facilitan la producción mediante ciclos de reacciones químicas:

Métodos de producción de H2 en centrales nucleares de alta temperatura:

• Sulfur-Iodine, GA, JAERI, Sandia and others
–850oC 2 H2SO4-> 2 SO2 + 2 H2O + O2
–450oC 2 HI-> I2 + H2
–120oC I2 + SO2 + 2 H2O-> 2 HI + H2SO4
Se trata de un proceso cíclico en el que el ácido sulfúrico y el yodo hacen de cataliza- dores, y no se consumen. En el ciclo sólo entra agua y energía y sale hidrógeno y oxígeno.

• UT-3, University of Tokyo
–600oC 2Br2 + 2CaO-> 2CaBr2 + O2
–600oC 3FeBr2 + 4H2O-> Fe3O4 + 6HBr + H2
–750oC CaBr2 + H2O-> CaO + 2HBr
–300oC Fe3O4 + 8HBr-> Br2 + 3FeBr2 + 4H2O
Otro ciclo, semejante al anterior pero utilizando como catalizadores el óxido férrico, la cal y el bromo. Su ventaja sobre el anterior es que puede realizarse con una temperatura más baja, 750 ºC.

Pero las nucleares se enfrentan a muchos problemas y entre ellos, el principal, la aceptación pública.

4. Electrolísis a partir de energías renovables (hidráulica, eólica, fotovoltaica, geotérmica, solar térmica). Es la opción con mejor opinión pública pero con los costes de explotación más caros, tanto que la hace prácticamente inviable. En todos los casos lo que se utiliza es la electricidad obtenida para producir el hidrógeno directamente del agua mediante electrolísis. El rendimiento es muy elevado 65-85% y el hidrógeno así obtenido se encuentra libre de CO2 y de otros gases contaminantes. El problema de la electrolísis es que es muy intensiva energéticamente hablando y necesita de carísimos catalizadores como el platino. Ello subiría el coste del kg de hidrógeno a unos niveles que lo hacen prácticamente inviable desde el punto de vista económico.

Sin embargo entre las energías renovables existe una excepción, la solar térmica de concentración alcanza también temperaturas muy elevadas (semejantes a las de las centrales nucleares de nueva generación), por lo que podrían ser una opción a tener en cuenta. Con una central solar térmica se pueden obtener 175 GWh/km2 al año, con un rendimiento apreciable que se sitúa entre un 20% y un 30%. Eso supone que con una superficie de unos 600.000 km2 se podría generar el hidrógeno necesario para reemplazar al petroleo en el transporte mundial.

Pero hay que tener en cuenta que esa superficie equivale a la extensión de toda la península Ibérica, y que las plantas habría que instalarlas en lugares desérticos conformados por amplias llanuras (de escasa pendiente), para conseguir que fueran rentables. Con el método solar gran parte de nuestro suministro energético seguiría dependiendo de países extranjeros no necesariamente estables o amistosos.

5. Fotoprocesos: Conjuntod de procesos que tiene en común la radiación solar para producir hidrógeno a partir de agua o de biomasa. Las técnicas fotovoltáicas se basan en el ciclo de la fotosíntesis de las plantas, algunas bacterias y algas. El problema que plantean estos métodos son los mismos que tubo que resolver la naturaleza en su momento. La mayor parte de las enzimas capaces de catalizar la disociación del agua se inhiben en presencia de O2. Todos los fotoprocesos, tanto los de origen bioquímico como los fotovoltáicos presentan eficiencias muy bajas, inferiores al 15%.