Planta Solar Termoeléctrica Hibridada de Les Borges Blanques

Fruto de una labor previa de I+D, de la identificación de terrenos, de la constatación de la disponibilidad de los servicios básicos (conexión eléctrica, infraestructura de gas y disponibilidad de biomasa y agua), se constituyó el año 2008 la TERMOSOLAR BORGES S.L., sociedad vehículo para la construcción y explotación de una planta solar termoeléctrica híbrida en el Término Municipal de Les Borges Blanques (Lleida). Actualmente los socios de TERMOSOLAR BORGES, S.L. son ABANTIA, COMSA EMTE y el INSTITUT CATALÀ D’ENERGIA (Icaen).

 

El mismo año 2008 Abantia inició todo el proceso de tramitación de permisos, autorizaciones y licencias administrativas. En 2011, gracias a los permisos y a diversas modificaciones del marco normativo energético, se tomó la decisión de empezar la construcción. Se inició en modalidad EPC ejecutado por ABANTIA y COMSA EMTE, se materializó durante 2011 y 2012, de forma que 20 meses después de su inicio se conectó la planta a la red y una vez realizada la puesta en marcha de la instalación, se obtuvo la inscripción en el Registro Administrativo de Instalaciones de Producción en Régimen Especial (RAIPRE).

 

La planta de Termosolar Borges, primera planta solar termoeléctrica en el mundo hibridada con biomasa, tiene una potencia neta de 22,5 MW y tendrá una producción eléctrica de 98.000 MWh/año, equivalente al consumo eléctrico de unos 27.000 hogares y está en operación desde el mes de diciembre de 2012.

 

2. Descripción la instalación

 

2.1. Diseño básico 

 

El contenido energético de la radiación solar puede ser utilizado directamente o convertido en otras formas de energía útil para la vida diaria, como calor, electricidad, combustible y otras aplicaciones mediante las tecnologías solares. Los sistemas de concentración solar utilizan lentes o espejos y dispositivos de seguimiento solar para concentrar la radiación solar directa incidente en una gran superficie sobre un receptor de menor área situado en la zona focal. Esta concentración permite altas temperaturas, y en correspondencia, altas eficiencias termodinámicas de conversión en trabajo. 

 

Todos los sistemas de concentración solar utilizan únicamente la componente directa de la radiación solar y suelen requerir dispositivos de seguimiento solar para captar la máxima radiación posible. Entre los diversos mecanismos de concentración de radiación solar se han desarrollado tres tipos de tecnologías: los concentradores cilindro-parabólicos, los campos de helióstatos que concentran la radiación sobre un receptor soportado en una torre, y los discos parabólicos.

 

Para este proyecto, se ha escogido la tecnología de concentradores cilíndrico parabólicos. La concentración de la radiación solar tiene lugar mediante unos colectores de forma cilíndrica-parabólica. Por el eje focal de dichos colectores pasa un conducto por el que circula un fluido térmico (aceite) que, mediante la incidencia de la radiación solar, se calienta. 

 

A continuación, el aceite, a través de un sistema de conductos, pasa desde el campo solar al sistema de transferencia de calor, donde se produce vapor a alta presión mediante el paso del aceite por tres intercambiadores de calor conectados en serie (precalentador de agua, generador de vapor y sobrecalentador de vapor). 

 

El aceite actúa como medio de transferencia de calor entre el campo solar y el bloque de potencia del ciclo Rankine, calentándose en los colectores solares y enfriándose al producir el vapor que demanda el alternador. El vapor producido se envía al bloque de potencia, dónde se expande en una turbina de vapor que acciona el correspondiente generador de electricidad. Mediante este proceso, la radiación solar recogida y concentrada por el campo solar es convertida en electricidad y posteriormente se procede a su distribución mediante la red eléctrica general.

 

El aceite frío que sale del último intercambiador de calor es devuelto al campo solar para ser calentado nuevamente. Hasta aquí el diseño coincide con el de una instalación convencional sin hibridación.

 

Este tipo de planta suele tener calderas auxiliares alimentadas por gas natural, para arranques, paradas y mantenimiento de la temperatura del aceite.

 

La planta de Termosolar Borges es novedosa dado que es la primera planta en el mundo que incorpora la hibridación del campo solar con calderas de biomasa.  Esta combinación permite que en las horas en que no se disponga de radiación solar (noches) o cuando ésta no sea suficiente, la unidad termosolar se complemente con las unidades de biomasa que combustionan madera de origen forestal. 

 

Con esta configuración se obtienen los siguientes beneficios:

1. Incrementar la producción anual de la generación eléctrica, respetando y aprovechando las prescripciones legales del marco normativo de producción de energía en régimen especial (renovables) que contempla este tipo de hibridación.
2. Permitir un régimen de operación continuo de la central (24 h/d) durante un periodo de tiempo apreciable sin interrupción, y así minimizar el número de arranques y paros de la turbina de vapor, lo que alarga su ciclo de vida y disminuye los costes de mantenimiento.
3. Eliminar las pérdidas por arranque diario de la turbina (mejora de la eficiencia) 
4. Permitir un mejor aprovechamiento de la energía solar incidente, incluso aquel por debajo del mínimo técnico de operación de la turbina.
5. Posibilitar, si cabe, un mayor rendimiento de la turbina a cargas inferiores del 100%, al posibilitar combinar la unidad termosolar con las unidades de biomasa.
6. Transcender las potenciales afectaciones por periodos de nubes.

 

2.2. Campo solar 

 

La instalación consiste en un campo solar ubicado en 67 Ha que se ha subdividido en 4 subcampos conectados en paralelo, en total se tienen 336 colectores de 100 m de longitud cada uno, agrupados en 56 lazos, que convierten la radiación solar directa en energía térmica mediante el calentamiento del aceite térmico que circula por el interior de los tubos absorbentes de los colectores.

 

Cada colector está formado por 8 unidades de 10 m de longitud y 5,75 m de diámetro con forma parabólica, el colector se soporta en el terreno mediante 9 pilares uno de los cuales está motorizado para proveer al sistema del movimiento necesario para efectuar el seguimiento de sol de forma que la radiación incidente se concentre siempre en el tubo por el que circula el aceite.

 

A continuación se detalla una descripción más extensa del campo solar de la instalación:

 

La interconexión térmica entre el campo solar y el ciclo de potencia se realiza a través del flujo de aceite. El aceite frio proveniente del ciclo de potencia se dirige al campo de colectores dónde es calentado desde unos 293ºC hasta una temperatura de 393ºC. Alternativamente el aceite se puede dirigir hacia las calderas de biomasa que servirán como apoyo durante las noches y los días de menor radiación.

 

• Cimentación y estructura metálica 

 

La cimentación soporta los colectores y los fija al suelo de forma que el conjunto estructural soporte las cargas para las que ha sido diseñado. La cimentación se ha realizado en función de las cargas debidas al colector que vendrán determinadas por sus dimensiones y características estructurales así como también por las características geotécnicas del terreno.

 

El objetivo de la estructura de apoyo es la de dar rigidez al conjunto de los elementos que lo componen, a la vez que hace de interfase con la cimentación del propio colector.

 

• Colectores y Reflector cilindro-parabólico 

 

Los colectores cilíndricos parabólicos consisten en un reflector parabólico con seguimiento solar que concentra la radiación solar en un receptor lineal localizado en el foco de la parábola. Esta energía concentrada hace que el fluido que circula por el interior del tubo (aceite térmico) se caliente, transformando la radiación solar en energía térmica. La parte reflectante está formada por un conjunto de espejos curvos montados sobre una estructura alineada en una dirección establecida de forma que la radiación solar directa se concentra perfectamente en la línea focal de la parábola. Estos espejos que pueden ser de diferentes materiales, en este caso son de vidrio recubierto con una sal de plata.

 

La concentración óptica provoca que sólo la radiación solar directa sea aprovechable por el colector y exige que el colector siga al Sol de forma continua a lo largo del día conforme describe su trayectoria diaria. Generalmente el seguimiento se realiza en un eje situado bien en la dirección este-oeste o bien en la dirección norte-sur. En el caso del proyecto en cuestión, se ha escogido la dirección norte-sur, puesto que permite un mayor aprovechamiento de la radiación solar directa durante los meses de verano, y por lo tanto un mayor rendimiento global de la instalación a lo largo del año. 

 

• Tubo absorbente 

 

El receptor, o tubo absorbente, es el encargado de convertir la energía de la luz solar concentrada en energía térmica del fluido calo-portador. El tubo está sujeto, mediante unas piezas de la estructura denominados brazos apoyo, en el foco del colector cilindro parabólico. Es uno de los elementos fundamentales de todo el sistema, puesto que de él depende en gran medida el rendimiento global del colector. El tubo absorbente consta en realidad de dos tubos concéntricos: uno de interior metálico, por dónde circula el fluido a calentar, y otro exterior de vidrio. En el interespacio formado por los dos tubos se ha formado el vacío para minimizar las pérdidas térmicas.

 

• Sistema de seguimiento solar 

 

Para poder concentrar sobre el tubo absorbente la radiación solar, el colector cilíndrico parabólico debe seguir la trayectoria del sol durante todo el tiempo en que se pueda generar energía, por lo que necesita un mecanismo de seguimiento solar que vaya cambiando la posición del colector conforme el sol se vaya moviendo. El sistema de seguimiento solar consiste en un pilar con un accionamiento hidráulico que hace girar el conjunto del reflector cilindro parabólico sobre de un solo eje. 

 

El seguimiento se realiza en primera instancia calculando en cada momento la posición del sol, y se acaba de ajustar de forma directa con fotocélulas, que en caso de ligero desenfoque, producirán una pequeña tensión que, a través del circuito eléctrico, hará que el motor gire los pistones y se muevan reajustando el sistema. 

 

(Descargar para seguir con la lectura)

 

 

 

 

Reportaje publicado en el Nº169 Especial Bionergía 2013

 

Puedes descargar el Reportaje completo aquí