Centrales Termosolares: Peculiaridades, ventajas socio-económicas, potencial comercial y posibles mejoras tecnológicas. Transparencias.

Centrales Termosolares: ventajas económicas, potencial comercial y posibles mejoras tecnológicas Eduardo Zarza CIEMAT-Plataforma Solar de Almería, Apartado 22, Tabernas, E-04200 Almería Tfno.: 950387931 E-mail: e[email protected] UMA, 18 de abril de 2017 Conferencia sobre Centrales Termosolares Centrales Termosolares: Ventajas económicas, Potencial Comercial y Mejoras Tecnológicas • Ventajas económicas • Introducción Índice • Potencial Comercial • Conclusiones 2 • Principales campos para la I+D UMA, 18 de abril de 2017 Conferencia sobre Centrales Termosolares Centrales Termosolares: Ventajas económicas, Potencial Comercial y Mejoras Tecnológicas • Ventajas económicas • Introducción Índice • Potencial Comercial • Conclusiones 3 • Principales campos para la I+D UMA, 18 de abril de 2017 Conferencia sobre Centrales Termosolares  ¿Qué son?: Sistemas que generan electricidad a partir de la radiación solar directa, concentrándola y convirtiéndola previamente en energía térmica que es después utilizada en un ciclo termodinámico para generar electricidad. Centrales Termosolares  Concentración: ¿por qué? Para compensar la atenuación que sufre la radiación solar en su camino hasta la Tierra (de 63,2 MW/m2 a 1 kW/m2) y conseguir eficiencias más altas η = f(C, T) 0 0.25 0.5 0.75 1 0 1000 2000 3000 4000 Rendimiento 1.000 5.000 10.000 20.000 C= 250 0 0.25 0.5 0.75 1 0 1000 2000 3000 4000 Temperatura (K) 1.000 5.000 10.000 20.000 Carnot C= 250 UMA, 18 de abril de 2017 Conferencia sobre Centrales Termosolares  ¿Qué son?: Sistemas que generan electricidad a partir de la radiación solar directa, concentrándola y convirtiéndola previamente en energía térmica que es después utilizada en un ciclo termodinámico para generar electricidad.  son muchos los países que poseen un buen nivel de radiación solar  son sistemas gestionables y que no contaminan y que reducen las emisiones de CO2 : - cada GWh de electricidad producida evita 800 toneladas de CO2 - ahorran 2000 Toneladas de CO2 por año y MWe instalado Centrales Termosolares  ¿Por qué resultan interesantes actualmente?:  generan mucho empleo, tanto temporal como permanente (600-2200 )  resultan rentables actualmente en algunos países gracias a incentivos públicos  ya existe el conocimiento y la experiencia necesarias  Concentración: ¿por qué? Para compensar la atenuación que sufre la radiación solar en su camino hasta la Tierra (de 63,2 MW/m2 a 1 kW/m2) y conseguir eficiencias más altas UMA, 18 de abril de 2017 Conferencia sobre Centrales Termosolares Esquema Típico de una Central Termosolar Almacenamiento térmico Apoyo fósil Radiación solar directa CONCENTRADOR ÓPTICO Radiación solar concentrada RECEPTOR Calor útil Energía mecánica Calor rechazado Ciclo Termodinámico G Energía eléctrica UMA, 18 de abril de 2017 Conferencia sobre Centrales Termosolares 100 m Campo de Helióstatos Receptor Sistema de Conversión de Potencia Torre Planta de Receptor Central UMA, 18 de abril de 2017 Conferencia sobre Centrales Termosolares Concentrador Receptor Estructura Discos Parabólicos Stirling Motor Solar Stirling UMA, 18 de abril de 2017 Conferencia sobre Centrales Termosolares Campo de Colectores Solares Sistema de Conversión de Potencia Sistema de Conversión de Potencia Centrales con Captadores Cilindroparabólicos Campo Solar Bloque de Potencia Captador cilindroparabólico UMA, 18 de abril de 2017 Conferencia sobre Centrales Termosolares Gracias a su gestionabilidad, las Centrales Termosolares permiten una mayor implantación de otras EERR que son mas económicas pero que no son gestionables 16 2 Ventajas Económicas de las Centrales Termosolares Las Centrales Termosolares dan un gran impulso económico a la industria local (regional o nacional), construyendo nuevas fábricas, destinadas a suministrar equipos esenciales (reflectores, tubos receptores, etc..) e impulsando nuevas líneas de negocio y actividad en industrias ya existentes.  El balance macroeconómico neto para el País es claramente positivo La construcción de Centrales Termosolares genera mucho empleo y dinamiza la economía local de la zona UMA, 18 de abril de 2017 Conferencia sobre Centrales Termosolares Derechos de emisión de CO2 Ahorro de importaciones de petróleo Impuestos Fiscales y Tasas Contribución al PIB Subsidios por desempleo Las ayudas públicas a las Centrales Termosolares han sido muy favorables para España 17 Resultados macroeconómicos para España Ayudas Públicas Contribución al PIB Contribución al PIB Contribución al PIB Experiencia Española con las Centrales Termosolares UMA, 18 de abril de 2017 Conferencia sobre Centrales Termosolares Centrales Termosolares: Ventajas económicas, Potencial Comercial y Mejoras Tecnológicas • Ventajas económicas • Introducción Índice • Potencial Comercial • Conclusiones 18 • Principales campos para la I+D UAM, 3 de diciembre de 2015 Conferencia sobre Centrales Termosolares La demanda de Energía Primaria crecerá mucho en el futuro Actualmente, el suministro de Energía Primaria está dominado por los combustibles fósiles, cuyas reservas son limitadas Es necesario incrementar de forma importante el uso de las Energías Renovables La situación mundial actual relativa a la Energía se puede resumir en tres frases: La Energía en el Mundo: Contexto Global 19 UAM, 3 de diciembre de 2015 Conferencia sobre Centrales Termosolares •Actualmente, una gran parte de la población mundial no tiene acceso a la electricidad (1400 M de un total de 7000 M, 20%) •Puesto que el desarrollo económico, social y tecnológico de los países está ligado a su consumo energético, un incremento del 36% en el consumo de Energía Primaria es esperado desde 2004 a 2035, hasta los 12.300 Mtoe (WEO, 2010). La mayor parte de este incremento será en China e India La demanda de Energía Primaria crecerá mucho en el futuro La Energía en el Mundo: Contexto Global 20 UAM, 3 de diciembre de 2015 Conferencia sobre Centrales Termosolares La Energía en el Mundo: Contexto Global Actualmente, el suministro de Energía Primaria está dominado por los combustibles fósiles, cuyas reservas son limitadas 21 UAM, 3 de diciembre de 2015 Conferencia sobre Centrales Termosolares •Hay una creciente preocupación social por el medioambiente y la contaminación •La concentración actual de Gases de Efecto Invernadero en la atmósfera ya es 400 ppm, y debe mantenerse por debajo de 450 ppm con el fin de evitar daños daños medioambientales irreversibles (aumento global de la temperatura de 2ºC) •Muchos posibles escenarios de suministro energético diferentes han sido analizados por el IPCC y se ha visto que debe aumentarse de forma importante el porcentaje de energías renovables en el consumo total de energía primaria (un 17% en 2030 y 27% en 2050). Para esto se requiere una inversión acumulada total del 1% del GDP. La Energía en el Mundo: Contexto Global Es necesario incrementar de forma importante el uso de las Energías Renovables 22 UAM, 3 de diciembre de 2015 Conferencia sobre Centrales Termosolares  La fuente primaria de energía (radiación solar) es prácticamente ilimitada y está disponible en muchos países Es una energía limpia y con un gran potencial de reducción de costes La electricidad puede ser transportada fácilmente a grandes distancias con un coste asumible El potencial comercial de las Centrales Termosolares es enorme, porque: ¿Pueden ser útiles las Centrales Termosolares? Las Centrales Termosolares pueden acomodarse muy bien a la Curva de Demanda de Electricidad 23 UAM, 3 de diciembre de 2015 Conferencia sobre Centrales Termosolares El Sol es un enorme reactor nuclear que emite una ingente cantidad de radiación (3.8x1023 kW de potencia radiante) Aunque la Tierra intercepta solo una pequeña fracción (1.7x1014 kW): Hay muchos países que poseen un buen nivel de radiación solar (Argelia puede producir 30 veces el consumo de electricidad de la U.E.)  La radiación solar que llega a 1 m2 of la superficie terrestre en un año es equivalente a 1.3 barriles de petróleo  La demanda eléctrica mundial podría abastecerse con la radiación solar existente en el 1%-2% la las zonas desérticas de la Tierra  La radiación solar que llega a la Tierra es 10,000 veces la demanda mundial de energía primaria  La fuente primaria de energía (radiación solar) es prácticamente ilimitada y está disponible en muchos países ¿Pueden ser útiles las Centrales Termosolares? 24 UAM, 3 de diciembre de 2015 Conferencia sobre Centrales Termosolares Mapa Mundial de Radiación Solar Directa (kWh/m2·a) ¿Pueden ser útiles las Centrales Termosolares? 25 32 UAM, 3 de diciembre de 2015 Conferencia sobre Centrales Termosolares Reducción del coste de la electricidad generada (menores costes y/o mayor eficiencia) Las centrales termosolares tienen que mejorar su competitividad frente a las plantas eléctricas convencionales y a otras EERR. Los tres requisitos principales para lograr este objetivo son: Mejorar la sostenibilidad medioambiental Mayor gestionabilidad Líneas Prioritarias de I+D 32 33 UAM, 3 de diciembre de 2015 Conferencia sobre Centrales Termosolares Retos para la Reducción de Costes Mejora de los procesos de fabricación y de los diseños de componentes • Producción masiva de componentes → automatización de los procesos •Nuevos diseños de estructuras (heliostatos, colectores cilindro parabólicos, discos parabólicos, Fresnel, .) que permitan reducir la cantidad de mano de obra requerida, tanto para la fabricación como para el montaje en campo Los retos existentes para conseguir una reducción de los costes finales de la electricidad generada son: 33 34 UAM, 3 de diciembre de 2015 Conferencia sobre Centrales Termosolares Diseño EuroTrough (Europa) Diseño SenerTrough (España) Diseño AlbiasaTrough (España) Mejora de los procesos de fabricación y de los diseños de componentes Los retos existentes para conseguir una reducción de los costes finales de la electricidad generada son: Retos para la Reducción de Costes • Producción masiva de componentes → automatización de los procesos •Nuevos diseños de estructuras (heliostatos, colectores cilindro parabólicos, discos parabólicos, Fresnel, .) que permitan reducir la cantidad de mano de obra requerida, tanto para la fabricación como para el montaje en campo 34 35 UAM, 3 de diciembre de 2015 Conferencia sobre Centrales Termosolares Heliostatos de 1 m2 desarrollados por E-Solar (EEUU) Heliostatos de 14,3 m2 desarrollados por BrightSource (Israel Mejora de los procesos de fabricación y de los diseños de componentes Los retos existentes para conseguir una reducción de los costes finales de la electricidad generada son: Retos para la Reducción de Costes • Producción masiva de componentes → automatización de los procesos •Nuevos diseños de estructuras (heliostatos, colectores cilindro parabólicos, discos parabólicos, Fresnel, .) que permitan reducir la cantidad de mano de obra requerida, tanto para la fabricación como para el montaje en campo 35 36 UAM, 3 de diciembre de 2015 Conferencia sobre Centrales Termosolares Reducir los gastos de operación y mantenimiento • Desarrollo de nuevos fluidos de trabajo que tengan un menor mantenimiento que el aceite térmico usado actualmente en los captadores cilindroparabólicos Mejora de los procesos de fabricación y de los diseños de componentes Los retos existentes para conseguir una reducción de los costes finales de la electricidad generada son: Retos para la Reducción de Costes • Producción masiva de componentes → automatización de los procesos •Nuevos diseños de estructuras (heliostatos, captadores cilindroparabólicos, discos parabólicos, Fresnel, .) que permitan reducir la cantidad de mano de obra requerida, tanto para la fabricación como para el montaje en campo 36 37 UAM, 3 de diciembre de 2015 Conferencia sobre Centrales Termosolares Fluido Ventajas frente al aceite térmico Desventajas frente al aceite térmico Sales fundidas - Mejor almacenamiento térmico - Mayor temperatura de trabajo - Ningún riesgo medioambiental -Mayores pérdidas térmicas nocturnas -Diseño del campo solar más complejo -Mayor consumo interno de electricidad Generación Directa de Vapor - Diseño simple de la planta - Mayor temperatura de trabajo - Ningún riesgo medioambiental -Falta de sistema de almacenamiento térmico - Control más complejo del campo solar - Mayor presión en el campo solar Gas a presión - Mejor almacenamiento térmico - Mayor temperatura de trabajo - Ningún riesgo medioambiental - Peor transferencia de calor en los tubos receptores - Control más complejo del campo solar - Mayor presión en el campo solar Nuevos fluidos de trabajo para CCPs Retos para la Reducción de Costes 37 UAM, 3 de diciembre de 2015 Conferencia sobre Centrales Termosolares • Desarrollo de componentes (reflectores, tubos receptores y elementos de unión) con menores requerimientos de mantenimiento y menor tasa de roturas y fallos Reducir los gastos de operación y mantenimiento • Desarrollo de nuevos fluidos de trabajo que tengan un menor mantenimiento que el aceite térmico usado actualmente en los colectores cilindro parabólicos Mejora de los procesos de fabricación y de los diseños de componentes Los restos existentes para conseguir una reducción de los costes finales de la electricidad generada son: Retos para la Reducción de Costes • Producción masiva de componentes → automatización de los procesos •Nuevos diseños de estructuras (heliostatos, colectores cilindro parabólicos, discos parabólicos, Fresnel, .) que permitan reducir la cantidad de mano de obra requerida, tanto para la fabricación como para el montaje en campo 38 UMA, 18 de abril de 2017 Conferencia sobre Centrales Termosolares •Reducir los gastos de mantenimiento de los Motores Stirling actuales, a partir de diseños innovadores y/o el uso de nuevos materiales que soporten condiciones severas de trabajo (presión, temperatura y fricción) Mejora de los procesos de fabricación y de los diseños de componentes Los restos existentes para conseguir una reducción de los costes finales de la electricidad generada son: Retos para la Reducción de Costes • Producción masiva de componentes → automatización de los procesos •Nuevos diseños de estructuras (heliostatos, colectores cilindro parabólicos, discos parabólicos, Fresnel, .) que permitan reducir la cantidad de mano de obra requerida, tanto para la fabricación como para el montaje en campo • Desarrollo de componentes (reflectores, tubos receptores y elementos de unión) con menores requerimientos de mantenimiento y menor tasa de roturas y fallos Reducir los gastos de operación y mantenimiento • Desarrollo de nuevos fluidos de trabajo que tengan un menor mantenimiento que el aceite térmico usado actualmente en los colectores cilindro parabólicos 39 UMA, 18 de abril de 2017 Conferencia sobre Centrales Termosolares Mejorar el rendimiento global de la planta •Nuevos receptores para torre, capaces de trabajar a temperaturas más altas, con flujos de hasta 1 MW/m2 (nuevos materiales), los cuales permitirían conseguir mayores eficiencias termodinámicas • Desarrollo de turbo-maquinaria específica para las centrales termosolares, en un amplio rango de potencias nominales •Tubos receptores eficientes y duraderos para trabajar a temperaturas del orden de los 500ºC con colectores cilindro parabólicos Retos para la Reducción de Costes •Mejorar los actuales sistemas de almacenamiento térmico en calor sensible basados en sales fundidas (componentes con alta durabilidad y fiabilidad) 40 UMA, 18 de abril de 2017 Conferencia sobre Centrales Termosolares Vista general de un sistema de almacenamiento mediante sales fundidas de 1 GWh de capacidad Retos para la Reducción de Costes 41 UMA, 18 de abril de 2017 Conferencia sobre Centrales Termosolares 4 8 La Plataforma Solar de Almería (PSA) es actualmente el mayor centro del mundo de I+D en sistemas solares de concentración 1. Sistemas de Receptor Central 3. Cilindroparabolicos con GDV 7. Discos Stirling 2. Cilindroparabolicos con tecnología HTF 1 1 2 4 3 5. Concentrador Lineal Fresnel 5 6 6. Almacenamiento térmico con sales fundidas 4. Cilindroparabólicos con gas a presión 7 Infraestructuras españolas para I+D+i 48 UMA, 18 de abril de 2017 Conferencia sobre Centrales Termosolares Centrales Termosolares: Potencial Comercial y Mejoras Tecnológicas • Importancia de la I+D • Factores que influyen en la eficiencia y viabilidad Índice • Potencial e Interés Comercial • Conclusiones 49 • Principales campos para la I+D UMA, 18 de abril de 2017 Conferencia sobre Centrales Termosolares Conclusiones  Las Centrales Termosolares son una opción viable para suministrar una fracción importante del consumo mundial de energía  Aunque el coste de electricidad termosolar es aun alto, existe un alto potencial de reducción de costes  Se requiere un gran esfuerzo de I+D+I, y en España contamos con excelentes centros para ello  La construcción de potentes líneas eléctricas de alto voltaje en corriente continua es fundamental para poder lograr una alta penetración de las energías termosolar y eólica en el mercado eléctrico  Las ayudas públicas son necesarias durante las primeras etapas de la curva de aprendizaje de la tecnología Centrales Termosolares: Potencial Comercial y Mejoras Tecnológicas 50 Centrales Termosolares: ventajas económicas, potencial comercial y posibles mejoras tecnológicas Fin de la Presentación ! Muchas gracias ¡