Generacion electrica a partir de tecnologia termosolar

1. GENERACION
ELECTRICA A PARTIR DE
TECNOLOGIA
TERMOSOLAR

2. Gastón Fernando Rosales Fuentes, Universidad Carlos III de Madrid
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Contenido
1 INTRODUCCION ........................................................................................................................................... 2
2 BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS DOS PRINCIPALES TÉCNICAS DE CONVERSIÓN DE LA ENERGÍA SOLAR EN
ENERGÍA ELÉCTRICA (excepto fotovoltaica): CCP Y TORRE CENTRAL ................................................................. 2
2.1 Colector Cilindro Parabólico................................................................................................................ 3
2.2 Torre Central........................................................................................................................................ 4
3 DESCRIPCIÓN DE UN PUESTO DE TRABAJO................................................................................................. 6
4 LA BATALLA TERMOSOLAR: CCP VS TORRE CENTRAL ................................................................................. 7
5 PRESUPUESTO DE O&M DE UNA CENTRAL TERMOSOLAR.......................................................................... 8

3. Gastón Fernando Rosales Fuentes, Universidad Carlos III de Madrid
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1 INTRODUCCION
Mi nombre es Gastón Rosales, soy Ingeniero Electrónico Semi-Senior. Tengo experiencia en I+D en el
mundo de las energías renovables, concretamente en el área “Automatización y Sistemas de Control”, y en
área de la “Electrónica de Potencia” aplicada a Convertidores de Potencia. He participado en diversos
proyectos de Hydro Energy y Wind Energy, para la multinacional ICSA/IMPSA.
Actualmente, estoy realizando el Master en Energías Renovables en Sistemas Eléctricos en la Universidad
Carlos III de Madrid por medio de una beca otorgada por el Gobierno Argentino.
A continuación, se me ha solicitado realizar una breve descripción de los contenidos abordados de la
asignatura “Otras Energías Renovables” [Energía Termosolar]. Santiago García Garrido, es quien ha impartido
esta parte de la asignatura. Santiago es Ingeniero Químico, tiene una amplia trayectoria en esta área.
2 BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS DOS PRINCIPALES TÉCNICAS DE CONVERSIÓN
DE LA ENERGÍA SOLAR EN ENERGÍA ELÉCTRICA: CCP Y TORRE CENTRAL
El principio básico de conversión de la energía solar a energía eléctrica en las centrales termo solares, se
lleva a cabo mediante el uso de sistemas de espejos concentradores (SISTEMA DE CAPTACION). Estos espejos
concentradores, se encuentran distribuidos en campos, comúnmente llamados “campos solares”. Estos
campos solares, abarcan grandes superficies, que concentran la radiación solar, en un receptor.
Los espejos, se orientan hacia el sol para poder concentrar la radiación directa en un receptor. Esta
radiación solar se transforma en energía térmica gracias a un SISTEMA ABSORBEDOR especial (receptor) que
hace de intercambiador de calor.
Este receptor, transfiere y almacena la energía térmica, en un medio portador de calor (medio calo
portador) a una temperatura de entre unos 200 hasta más de 1.000 °C (según la tecnología). A continuación,
el fluido térmico, es conducido a un generador de vapor, donde transfiere su calor a un segundo fluido
(típicamente agua), el cual se convierte en vapor. Este vapor se introduce a una turbina, para transformar su
energía térmica en energía mecánica (SISTEMA DE CONVERSION DE LA ENERGIA). Por último, la turbina
acoplada a un generador eléctrico, transforma la energía mecánica en energía Eléctrica.
Ilustración 1

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Hay dos tipos de sistemas de espejo concentrador, los lineales y los puntuales, y dentro de estos
sistemas existen cuatro configuraciones distintas. En este documento solo se describirán las tecnologías
“Colector Cilindro Parabólico” y “Torre Central”.
2.1 Colector Cilindro Parabólico
Se trata de un sistema de espejo lineal.
Ilustración 2, Colector Cilindro Parabólico en filas. Fuente: www.mundoenergia.com
El campo solar de una central cilindro-parabólica dispone de numerosas filas paralelas de colectores,
compuestos por espejos parabólicos (Ilustración 2) que basan su funcionamiento en el seguimiento del
movimiento aparente del sol (Ilustración 3) para concentrar la luz solar hacia un tubo absorbedor que pasa
por la línea focal y genera temperaturas de hasta 400ºC.
Ilustración 3, CCP seguimiento del Sol. Fuente: Wikipedia
Un aceite orgánico térmico actúa como portador de calor, que al circular por el tubo absorbedor, se
le trasmite transmite el calor. Este aceite a alta temperatura se introduce en un generador de vapor, es ultimo
genera vapor de agua con una temperatura de aproximadamente 390ºC en un intercambiador de calor, que
impulsa una turbina de vapor acoplada a un generador para producir electricidad. La Ilustración 4, indica el
esquema general de una central termosolar de Colector Cilindro Parabólico.

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Ilustración 4, Esquema general Central Termosolar CCP. Fuente: http://www.centralestermosolares.com
2.2 Torre Central
Se trata de un sistema de espejo puntual, está formado por una serie de espejos llamados heliostatos,
distribuidos en torno a la torre como indica la Ilustración 5.
Ilustración 5, Heliostatos distribuidos en torno a la torre. Fuente: https://www.rankia.com

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Cada uno de estos espejos puede orientarse en dos ejes, de forma tal que los rayos resultantes de
todos estos espejos puedan concentrarse en el receptor de la torre como se puede observar en la Ilustración
6.
Ilustración 6, rayos resultantes en la torre central. Fuente: Wikipedia
El receptor de la torre transforma la radiación solar en calor, transfiriendo esta energía térmica a un
fluido, que puede ser agua o sales inorgánicas. En el caso del agua, esta es inyectada a presión en el receptor
de torre, se obtiene vapor, que luego se inyecta en una turbina a vapor acoplada a un generador eléctrico.
En el caso de sales orgánicas, estas circulan a través del receptor de la torre elevando su temperatura.
Las sales se introducen en un generador de vapor, luego el vapor se inyecta a una turbina de vapor acoplada
a un generador eléctrico. Parte de las sales que salen del receptor de la torre, circulan al generador de vapor,
mientras que otra parte se pueden almacenar para generar electricidad en las horas donde no hay sol.
Ilustración 7, esquema general de Central Termosolar Tecnología de torre. Fuente: www.unesa.es

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La concentración de la radiación solar en el sistema de Torre, es notablemente mayor que con colectores
cilindro parabólicos, lo que permite alcanzar temperaturas más elevadas de hasta 1.000 °C.
3 DESCRIPCIÓN DE UN PUESTO DE TRABAJO
El puesto de trabajo que se pretende describir es el de “INGENIERO DE CONTROL”.
El Ingeniero de Control se encuentra en el área de Operaciones dentro de la estructura de la empresa,
depende del Jefe de Operaciones.
Ilustración 8, Dependencia Ingeniero de Control en la organización de la Planta Termosolar
Algunas de las funciones que debe realizar el Ingeniero de control dentro de una Central Termosolar, se
listan a continuación:
Finalizar el commissioning de la planta, configurando los lazos de control que no se hayan configurado
correctamente.
Configurar los parámetros PID de algunos controladores.
Desarrollar nuevos controles o corregir los existentes.
Modificar o crear nuevos despliegues en el Sistema Scada.
Optimizar el lazo de control de la planta.
Desarrolla software que se adecue a las necesidades del proceso o que resuelva un problema
particular.
Garantiza que el proceso funcione con seguridad y eficacia.

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Se responsabiliza del control del proceso de producción.
El ingeniero de control deberá cumplir una serie de requisitos de aptitud, actitud y experiencia laboral
previa, que demanda este puesto analizado:
Aptitudes
 Graduado en alguna de las siguientes Carreras
 Grado en ingeniería de tecnologías industriales.
 Grado en ingeniería electrónica industrial y automática.
 Grado en ingeniería informática.
 Grado en ingeniería informática en ingeniería del software.
 Manejo de Idioma Ingles
Actitudes:
Persona Responsable.
Persona Proactiva.
Capacidad para trabajo en grupo.
Ser flexible y comprometerse con el trabajo.
Habilidades de comunicación para redactar informes y explicar información compleja de
ingeniería a personas con formaciones no técnicas.
Mantenerse al día sobre los avances tecnológicos en este campo.
Capacidad para priorizar tareas.
Habilidad para reaccionar rápidamente e improvisar si algo no sale como estaba previsto.
Habilidad para resolver problemas.
Experiencia:
Programación de sistema de control en general, Programación de Autómatas, Programación sistemas
Sacadas, Experiencia en programación de sistema de control para central Termo Solar, Protocolos de
comunicación industrial.
4 LA BATALLA TERMOSOLAR: CCP VS TORRE CENTRAL
En este apartado se describirán las principales diferencias más destacadas entre ambas tecnologías de
Generación Termosolar, por un lado, se tiene la tecnología CCP y por otro lado la tecnología de Torre Central.
Para comenzar, se puede decir que la principal ventaja de la tecnología de Torre Central respeto a CCP,
es que permite trabajar con temperaturas más elevadas, unos 600 grados frente a unos 300 grados. Esta
limitación por parte de la tecnología CCP, viene dada por la limitación térmica del aceite calo portador. Esta
diferencia de temperatura, se transforma en una mayor eficiencia de la planta, ya que se generan mayores
temperaturas y mayores presiones en el proceso de transformación de energía, para una misma radiación
solar. No obstante, esta mayor temperatura y mayor presión en el proceso, requiere que los materiales
utilizados en los dispositivos de la planta sean más robustos con el fin de poder soportar mayores
temperaturas y presiones, esto se traduce en costes mayores.

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La tecnología de Torre Central, transfiere la energía solar directamente a las sales, que es el fluido que
también utiliza como almacenamiento, mientras que la tecnología CCP, se transfiere primero al aceite, que es
utilizado para la generación de vapor y a su vez para almacenar utilizando sales.
Otro aspecto interesante a destacar, es que, en la tecnología de Torre Central, se eliminan
aproximadamente 100km de tuberías con aceite, además en la tecnología de Torre Central, todo está
concentrado espacialmente, lo que además reduce perdidas de calor desde el elemento absorbedor de calor
hasta el generador de vapor.
La tecnología CCP, es menos eficiente que la tecnología de Torre Central, sin embargo, los costes de
instalación, mantenimiento son menores.
Otra diferencia a favor de la tecnología CCP, es que la tecnología de Torre Central utiliza un sistema de
control con eje propio por cada heliostato, mientras que en la tecnología CCP, toda una hilera de colectores
puede ser controlada por un único eje.
La Tecnología de Torre Central, tiene un coste de inversión y de operación mayor que la tecnología CCP.
Si bien, la tecnología de Torre Central es más eficiente que CCP, esta diferencia no es muy significativa.
Para finalizar con este análisis, se debe tener en cuenta que la tecnología CCP, es una tecnología más
madura que la tecnología de Torre Central.
5 PRESUPUESTO DE O&M DE UNA CENTRAL TERMOSOLAR
Se estima el gasto anual de operación y mantenimiento de una central Termosolar teniendo en cuenta los
siguientes aspectos
 Central Termosolar de 50MW
 Se cuenta con un plantel de 45 empleados
 La central aporta energía a la red eléctrica 3000 horas al año
 Inversión de la Central Termosolar (CAPEX): 275000000 € (5000000[ €/MW]*50[MW])
Salarios 40000*1,39(costo social) *45 2189250 €
Materiales y Repuestos CAPEX*0,75% 2062500 €
Obsolescencia CAPEX*1% 2750000 €
Gastos varios CAPEX*0,5% 1375000 €
Subcontratos -- -- 1200000 €
TOTAL (OPEX) 9576750 €
Los gastos indicados en la Tabla, corresponden a gastos anuales.
Teniendo en cuenta la producción anual de la planta se puede obtener el costo de operación y
mantenimiento en función de la energía producida por la central, es decir:
9576750€
3000ℎ. 50
= 63,84
€
ℎ
Fuente: www.renovetec.com