Estudio y análisis de instalaciones de centrales termosolares con tecnología CCP

PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 1 1. Introducción y objetivos, Proyecto fin de carrera……………………….. 5 2. Introducción y objetivos, tecnología Termosolar………………………. 6 2.1 Tecnologías de explotación solar.…………………………….. 7 2.2 Viabilidad energética y económica de la planta……………….. 10 2.2.1 Costes de la Instalación. 2.2.2 Índice de consumo y producción 3. Descripción de la Actividad……………………………………………… 13 . 3.1 Conceptos previos 3.2 Descripción del sistema 3.3 Análisis general de producción 3.4 Análisis general de almacenamiento térmico 4. Principios Básicos de la Tecnología CCP. .……………………………… 19 4.1 HTF, Fluido Caloportador. 4.2 Campo solar. 4.3 Sistema HTF. 4.4 Tren de generación. 4.5 Ciclo Agua-Vapor. 4.6 Turbinas. 4.7 Sistemas auxiliares (BOP). 5. HTF.……………………………………………………………………... 28 Índice PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 2 6. EL campo Solar.……………………………………………………… 36 6.1 Módulos, colectores y lazos 6.2 Tubo absorbedor 6.3 Tubería colectoras fría y caliente 7. Sistema HTF………………………………………………………….. 41 7.1 Descripción Funcional 7.2 Bombas principales 7.3 Sistema Ullage 7.4 Depósitos de expansión 7.5 Calderas de apoyo 7.6 Tanques de sales 8. Tren de generación. …………………………………………………. 51 8.1 Descripción funcional 8.2 Economizador 8.3 Evaporador 8.4 Sobrecalentador 8.5 Recalentador 9. Ciclo agua vapor. …………………………………………………… 60 9.1 Descripción funcional 9.2 Válvulas By pass 9.3 Condensador 9.4 Bombas de alimentación 9.5 Recalentadores de baja y alta presión 9.6 Tanque de alimentación. PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 3 10. Turbinas. …………………………………………………………. 69 11. Sistemas BOP…………………………………………………….. 70 11.1 Sistema auxiliar eléctrico 11.2 Planta de tratamiento de aguas residuales 11.3 Sistema de refrigeración 11.4 Planta de tratamiento de agua 11.5 Sistema contra incendios 11.6 Planta de gas natural 12. Análisis.………………………………………………………… 76 12.1 Valvulería de campo 12.2 Planta de filtrado 12.3 El gas Natural 12.4 Cálculo de Lazos y doblado de tren de generación 12.5 Emplazamiento de equipos en obra 12.6 Informe ambiental 12.6.1. Marco legal. 13. Infografía del proceso constructivo……………………………. 84 14. Conclusión……………………………………………………… 89 15. Bibliografía…………………………………………………….. 90 PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 4 PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 5 El presente proyecto, trata de realizar el análisis y estudio de las plantas de generación de energía limpia y renovable, basadas en tecnología desarrollada a partir de captadores cilindro parabólicos. Quizás la meta más importante no es el objetivo inherente al análisis, sino el estudio suficientemente pormenorizado, como para poder hacer participe a cualquiera en la materia. El proyecto constará de dos fuentes de información principales: 1Documentación: Parte del proyecto escrita, encargada de recoger datos, maquinaria, soporte técnico, mecanismos…etc. Es decir todo aquella información relevante para la instalación y posterior explotación de una planta de estas características. 2Presentación: Parte del proyecto visual y oral, en la que se tratara de exponer, explicar y defender el análisis y funcionamiento de una planta de generación de energía renovable mediante un video que simule una visita guiada que incluya anotaciones puntuales que expliquen los detalles más significativos del recorrido. Para la mas eficiente comprensión de la parte documental se ha de tener en cuenta la estructura general que lo compone, ya que: • En primer lugar se realizara un breve análisis que explique porque, como, cuando y cuanto puede abarcar la Energía térmica. • En segundo lugar se tratara la funcionalidad de las centrales CCP en general, en que se basa, como se hace, donde se hace, porque se hace… etc. • En tercer lugar se abarcan los principios básicos de la tecnología Termosolar CCP, enumerando y definiendo los equipos más representativos. • Posteriormente, se realizará un estudio pormenorizado de cada uno de los elementos analizando su función e interacción con los demás equipos y detallando el proceso de generación completamente. • Por ultimo se trataran diversos aspectos económicos/funcionales/legislativos que pueden llegar a mejorarse, junto con una conclusión final. 1. Introducc ión y objetivos, PFC. PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 6 Actualmente las energías renovables, constituyen un mercado con un constante desarrollo y crecimiento, proporcional a la asimilación del ser humano de la importancia de la conservación del planeta. Las nuevas tecnologías están inmersas en un continuo proceso de madurez, alimentado por la rentabilidad a la que están sujetas y una interminable pugna con el resto de energías renovables, capaces de explotar los ilimitados recursos que se encuentren en disposición de mantener el equilibrio de nuestro ecosistema. Si bien es verdad que todo este proceso se mantiene a flote en la medida en que la moneda de cambio no es el beneficio del planeta, ni el apuntalamiento de la convivencia entre nuestra sociedad y el ecosistema, ni siquiera por asegurar nuestra continuidad en el, sino y por increíble que parezca, la propia moneda. Mas allá, de la evaluación pormenorizada de la problemática susceptible de generarse por el sistema económico vinculado a nuestra sociedad, se extienden ante nosotros, nuevas metas que vislumbran futuros limpios, “económicos” y autosostenibles que permiten abastecernos de energía quemando nuestros propios residuos como la biomasa, o bien aprovechando fuentes de energía interminables como el sol y el viento en el caso de las plantas Termosolares y los generadores eólicos respectivamente. El objetivo sobre el que se ha construido el Plan Nacional de Asignación de derechos de emisión de gases de efecto invernadero, está dirigido a que las emisiones globales de gases de efecto invernadero en España no superen en más de un 37% las del año base en promedio anual en el periodo 2008-2012. Aproximadamente, un 20 % de la energía consumida en España para el 2013 debería proceder de fuentes no contaminantes, para lo que se han impuesto unas suculentas primas a nivel gubernamental que hacen viables proyectos como las centrales Termosolares. Se trata de proyectos valorados entre 250 y 300 millones de euros y que difícilmente puede afrontar una empresa que no recurra una UTE. Plantas capaces de generar 50 Mw. eléctricos/hora, suponiendo el abastecimiento de 15.000 hogares, operando a plena carga durante siete horas y media tras la puesta de sol y evitando así la emisión a la atmósfera de 149.000 toneladas de dióxido de carbono al año. Plantas que se levantan sobre un terreno de 200 hectáreas en el que se instalan campos solares de 510.120 metros cuadrados de espejos, lo que equivale a 70 campos de fútbol. Es necesario aunar el esfuerzo de miles de trabajadores, procedentes de decenas de subcontratas para acercase a las aproximadamente 3 millones de horas, que se necesitan para levantar un central de tales características. 2. Introducción y objetivos, tecnología termosolar PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 7 Las centrales Termosolares se basan en la concentración de la radiación que llega a una superficie en otra de menor tamaño, de forma que se aumenta notablemente la temperatura de la superficie concentrada, por lo que, aprovechar todo este calor para calentar un liquido (en función del tipo de Termosolar) cuya misión es vaporizar agua con la que a través de una turbina podamos generar electricidad, se convierte en una realidad. En función de la metodología de concentración de radiación encontramos diferentes tipos de Termosolares. Disco Stirling . Un sistema de concentrador disco Stirling está compuesto por un concentrador solar de alta reflectividad, por un receptor solar de cavidad, y por un motor Stirling que se acopla a un alternador. El funcionamiento consiste en el calentamiento de un fluido localizado en el receptor hasta una temperatura entorno a los 750º C. Esta energía es utilizada para la generación de energía por el motor o la microturbina. Para óptimo funcionamiento, el sistema debe estar provisto de los mecanismos necesarios para poder realizar un seguimiento de la posición del sol en dos ejes. Este sistema tiene numerosas ventajas frente a las tecnologías que actualmente lideran el mercado de la explotación de la radiación solar, como la eliminación del Bloque de potencia convirtiéndose en una Energía mas barata, segura y versátil gracias a su disponibilidad de generación en función de presupuestos que no alcancen sumas millonarias. Únicamente presenta un pequeño inconveniente, que no funciona: El motor stirling no es una incorporación actual a los más novedosos diseños de ingeniería, solo se trata de un motor que juega con el equilibrio de las presiones que se generan en los gases en función de las temperaturas a la que encuentran. De forma que, acoplado a un sistema de captación solar encontramos 750º C que calientan helio por un lado, mientras que por el opuesto encontramos un pequeño ventilador encargado de refrigerar la parte opuesta. Actualmente no se consigue mantener en funcionamiento el sistema durante un tiempo significativo debido a un equilibrado progresivo de temperaturas. 2.1 Tipologías de explotación solar. PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 8 Espejos Fresnel. Otra prometedora tecnología aun no suficientemente desarrollada es el sistema Fresnel. De Igual forma que la anterior y que la mayoría de tecnologías inmaduras, promete innumerables ventajas respecto a las demás, que equilibran la problemática de una tecnología poco testada, respecto a los organismos inversores. En concreto, la piedra angular de esta tecnología, es la manipulación con éxito de fluidos bifásicos, es decir, son capaces de calentar un fluido por ejemplo agua y convertirlo en vapor suficientemente seco, como para evitar la cuantiosa inversión en maquinaria que precisan las demás centrales. Además al igual que la anterior, es sencilla, barata y por supuesto, cuenta con la misma versatilidad energética que la tecnología disco stirling. En contrapartida a las ventajas, encontramos la inmadurez de la tecnología sumada a la problemática resultante de las plantas piloto en construcción. Receptor central o de torre. La tecnología de torre se posiciona como una tecnología termosolar con un grado de madurez media. En los sistemas de torre, un campo de helióstatos o espejos móviles que se orientan según la posición del sol, reflejan la radiación solar para concentrarla hasta 600 veces sobre un receptor que se sitúa en la parte superior de una torre. Actualmente presume ser la segunda opción mas valida, prueba de ello son las plantas construidas o en construcción, a pesar de sus no despreciables inconvenientes como: - La altura de la torre se convierte en un obstáculo arquitectónico, debido a su incremento económico exponencial fruto del crecimiento en altura por demandas energéticas superiores. - Los colectores deben estar proporcionalmente mas separados entre si en función de la separación que determine su posición respecto a la torre, produciendo así una perdida de rendimiento debido al incremento en distancia. - El paso de una nube o el arranque diario obliga a la concentración del los captadores de uno en uno, para no someter a un intenso estrés térmico a la caldera donde se concentran. Lo que se traduce en largas pérdidas de generación. PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 9 Termosolares de captadores Cilindro parabólicos. (CCP) Por último y como objeto principal del PFC encontramos la tecnología de las plantas termosolares de captadores cilindro parabólicos (centrales termosolares CCP). La tecnología cilindro-parabólica es una tecnología limpia, madura y con un extenso historial que demuestra estar preparada para la instalación a gran escala. Esta tecnología lleva siendo instalada a nivel comercial desde los años 80 con un excepcional comportamiento. Desde entonces, ha experimentado importantes mejoras a nivel de costes y rendimientos. Actualmente hay más de 800 MW en operación, más de 2000 MW en construcción y alrededor de 6 GW en promoción a nivel mundial en países como España. A su vez, junto con las demás tecnologías sigue evolucionando a pasos agigantados, incluyendo nuevos equipos y maquinaria que dotan a este tipo de plantas, de numerosas ventajas como, más autonomía, fluidez en la construcción, abaratamiento… etc. PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 16 Por un lado el sistema HTF (rojo), hace pasar un fluido través c de los captadores cilindro parabólicos donde alcanzando una temperatura de 393º C, pasa a intercambiar su temperatura en el tren de generación de vapor y volver al campo solar. Como acabamos de ver esta dotado de otros dos importantes componentes (Caldera y tanques), que mediante válvulas bypass, el operador de la planta puede decidir utilizar o no en función de las condiciones de temperatura del fluido. Por otro lado el ciclo agua-vapor (azul), intercambia temperatura con el liquido caloportador (HTF) en el tren de generación, utilizando varios equipos en cadena que someten al fluido Generador (agua) a los cambios necesarios para la producción de energía. Es importante entender que en los circuitos de intercambio entre fluidos Bifásicos (que cambian de estado), el sentido de circulación entre ellos es siempre inverso. Es decir el HTF circula en un sentido y el agua en el contrario. 3.3 Análisis general de producción PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 17 Respecto al sistema de almacenamiento, desde un punto de vista de producción eléctrica las centrales termosolares deberían poder tener la capacidad de mantener una salida de tensión estable en todo momento, independientemente de la potencia que sea capaz de absorber el receptor, es decir, independientemente de los diversos motivos que puedan desembocar en paradas no programadas como puede ser: - Fenómenos meteorológicos - Funcionamiento defectuoso o nulo de un equipo o sistema determinado. - Disposición de personal cualificado. - Etc... Este novedoso y por otra parte inmaduro sistema permite el funcionamiento continuado del tren de generación, y además, protege los equipos del sistema de generación de las daños que producen los transitorios producto de fluctuaciones de la energía solar y el estrés térmico de paradas y arranques continuados. Entre todos los sistema de almacenamiento existentes, térmico, eléctrico, mecánico, etc..., el térmico es el más adecuado para este tipo de plantas. Lo que nos lleva al estudio de los tres tipos de calor que pueden intervenir según el sistema de almacenamiento elegido: Calor Sensible: Es el tipo de energía que ofrece la posibilidad de almacenarse como energía térmica en un medio a una temperatura determinada. En el rango de temperaturas de operación, el agente utilizado como medio de almacenamiento no sufre un cambio de fase, es decir se mantiene en el estado independientemente de los rangos de temepraturas programados. La capacidad de almacenar energía por unidad de volumen, viene dada por el producto de la densidad y el calor especifico del medio utilizado. Calor latente: Se trata de la energía que se manifiesta en los cambios de estado, en un margen de temperaturas muy estrecho, (teóricamente a temperatura constante). Este sistema tiene dos inconvenientes respecto al calor sensible ya que el medio a utilizar debe ser de gran pureza y los intercambiadores de calor requieren una superficie de transferencia elevada. Obviamente estos dos puntos influyen considerablemente en el coste de la instalación. Almacenamiento termoquino: Basado en la energía requerida para descomponer y recombinar especies químicas a través de reacciones químicas reversibles. Un aspecto interesante de este tipo de método es la posibilidad de su transporte a temperatura ambiente. El sistema de almacenamiento por calor sensible es el mejor métodos para almacenar energía y recuperarla en un corto plazo de tiempo dado su coste. Este sistema se puede utilizar de forma directa e indirecta, es decir: 3.4 Análisis general de almacenamiento térmico PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 18 1. Utilizando el mismo fluido de transferencia de calor que circula por el receptor como medio de almacenamiento. 2. A través de un sistema de intercambiadores de calor con la consecuentes perdidas térmicas durante el proceso. obviamente la temperatura de almacenamiento seria inferior a la de trabajo del receptor. El almacenamiento se puede realizar con dos tanques o con uno. En el caso de utilizar dos tanques uno de ellos estará destinado a recibir las sales a una temperatura baja y el otro recibirá las sales a latas temperaturas siendo el segundo el encargado de ceder la energía almacenada al liquido generador del sistema de generación principal a través de intercambiadores mientras que el otro tanque se encargara de absorber la energía del sistema receptor. Esta configuración es la más habitual en este tipo de plantas. En le caso de utilizar un único tanque de sales tanto la parte fría como la caliente se encuentran en contacto directo y permanente. Este es el efecto termoclino, basado en la estratificación que se produce por diferencia de densidad producto de la diferencia entre temperaturas. Evidentemente este sistema contribuye a la pérdida de calor de las sales mucho más rápido que el anterior de los dos tanques. La carga se produce extrayendo el fluido frío de la parte baja del tanque introduciendo la caliente por la parte alta. En la descarga evidentemente el ciclo se invierte. El medio utilizado debe tener una continuidad térmica relativamente baja. El almacenamiento en termoclina es el utilizado en centrales de aire con un cerámico como medio de acumulación térmica. PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 19 Es imprescindible tener una idea general previa a un estudio detallado, de los equipos más representativos, que acredite la asimilación eficaz del concepto de Planta Termosolar CCP. Así pues, los puntos 5,6,7,8 y 9 , serán cuna de análisis integro de la tecnología, tras el siguiente estudio previo. Cada uno de los elementos que a continuación se describen, son equipos vitales para el funcionamiento de este tipo de tecnología y no cabe sustitución por otros que respondan de forma dubitativa ante solicitaciones de presión, temperatura, radiación…etc. de magnitudes semejantes. 1. Campo solar 2. Tanques de sales 3. Sistema HTF 4. Tren de generación 5. Ciclo agua vapor 6. BOP El Fluido HTF, es una composición química diseñada específicamente para las centrales Termosolares CCP. Sus propiedades físico químicas le permiten alcanzar temperaturas de hasta 420º C sin degradarse y cristalizar con temperaturas mínimas de 38º C hasta alcanzar la congelación a los 12º C. Su aportación es clave, ya que se trata del fluido caloportador encargado de intercambiar la temperatura adquirida en el Campo solar, con el Ciclo agua-Vapor. 4. Principios Básicos de la tecnología CCP 4.1 HTF, Fluido caloportador. PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 20 El campo solar puede considerarse el corazón de la energía Termosolar, es el punto de partida de una tecnología limpia e interminable. Por el, circula el fluido HTF, el que progresivamente continuara adquiriendo temperaturas superiores en función de la prolongación de su circulación por el campo, hasta su regreso al bloque de potencia* Se trata de bastas extensiones de terreno cubiertas de… Espejos. Los espejos son los responsables de la concentración de de la radiación solar sobre una superficie de menor tamaño, con aproximadamente de 4 a 5mm de espesor y a partir de un proceso de curvado en caliente, obtienen un forma parabólica que les permite ir colocados directamente sobre una estructura. El conjunto de 28 espejos, la estructura de soporte y el tubo absorbedor central por donde circula el HTF recibe la denominación de Modulo. Tubo absorbedor Si el campo solar puede considerarse el corazón de la energía renovable, quizás debiéramos entender al tubo absorbedor, como el corazón que sostiene su tecnología. Ya que tras numerosos prototipos, se ha conseguido perfeccionar hasta obtener una rendimiento aceptable. De lo contrario no podría haberse convertido este campo en un realidad. Esta compuesto por dos tubos concéntricos, de los cuales el primero (vidrio transparente) crea un vacío d entre 4 y 6 mbar, y el segundo (tubo metálico) es el encargado de conducir el fluido HTF Permitiéndole adquirir temperatura en su recorrido. Tubería colectora fría y caliente. A pesar de que, en la totalidad de la bibliografía consultada, sitúa la tubería colectara como parte del sistema HTF, es preferible considerarla por su situación, ya que se extiende a lo largo y ancho de todo el campo solar distribuyendo la ida y la vuelta del HTF. Estas tuberías cumplen el propósito de dirigir el HTF frío (295 º C) hacia los Captadores y devolverlo caliente al bloque de potencia (400 º C). *Bloque de potencia: se entiende como bloque de potencia en las centrales de energía, la zona destinada a la ejecución de procesos relacionados directamente con la generación . 4.2 Campo Solar. PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 21 Entendemos como sistema HTF, al conjunto de equipos que se encargan de mantener la presión y circulación del fluido caloportador constante. De entre todo ellos podemos destacar dos, que también se encargaran establecer temperaturas que respondan a unos mínimos o incluso a la producción de energía durante periodos de radiación no efectivos. El sistema esta compuesto por una serie de equipos y subsistemas que se describen a continuación: Sistema de bombeo. (1) El cual se encarga de asegurar una circulación y presión constante en todo el entramado de tubería que circula por el campo y por el bloque de potencia. La disposición de este tipo de equipo puede variar en todos los aspectos en función de la ingeniería, Tanques de expansión. (2) Los tanques de expansión son un elemento obligatorio en todos las instalaciones basadas en el calentamiento de un fluido caloportador que circula por un entramado de tuberías con distintos propósitos. Además de conseguir mantener una presión contante en el sistema, situándose en el punto mas alto, es utilizado para asumir el incremento de volumen producido por la dilatación con el incremento de temperatura. 4.3 Sistema HTF. PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 22 Caldera Auxiliar o de apoyo. (3) Como indica su nombre este equipo es el encargado de mantener una temperatura minima del fluido caloportador, ya que el fluido HTF debe cumplir unas especificaciones de producto, de entre la cuales respetar la temperatura minima y máxima, quizás es la mas importante. Su disposición en la planta, de igual forma que las bombas, en gran medida depende de factores relacionados con las preferencias de la ingeniería. Sistema de eliminación de productos de degradación. (4) A pesar de considerarse, un sistema cerrado, las condiciones extremas de temperatura y presión generan fallos de sellado en puntos muy concretos, que si bien no pueden considerarse significativos en la consideración de sistema cerrado, el contacto del HTF, con el exterior provoca una corrosión y degradación del fluido que debe filtrarse. Es muy común en estas plantas utilizar un mecanismo llamado sistema Ullage, que aporta una solución medianamente aceptable. Tanques de Sales. (5) Dentro de los elementos, que pueden o no tener cabida dentro el sistema HTF, son los Tanques de Sales, que con una incorporación mas bien precoz se sitúa en la opinión de muchos expertos, como un equipo imprescindible gracias a las peculiares propiedad de sales, que dotan a la planta de una autonomía hasta el momento inexistente. Las sales que circulan en el interior d estos tanques, son capaces de mantener temperaturas superiores a los 300º C sin registrar apenas perdidas durante 2 días, de forma que en periodos nocturnos o lluviosos donde la radiación es nula son utilizadas como fuente de intercambio de temperatura con el HTF. PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 23 Entendemos por tren de generación al conjunto de equipos necesarios para ejecutar con existo el cambio de fase del fluido generador de energía. Es decir, los equipos necesarios para convertir el agua desmineralizada en vapor seco, por medio del intercambio de temperatura con el HTF. El ciclo Rankine aplicado al sistema de una planta Termosolar prevé la necesidad de varios equipos que adecuen el estado de los fluidos como son: Economizador o precalentador (1) Punto de partida seleccionado al azar, ya que el proceso es cíclico. Encargado de calentar el agua hasta una temperatura optima para obtener la máxima eficiencia del siguiente equipo tras su recirculación hasta el. Evaporador (2) Equipo destinado únicamente a convertir el agua en vapor, el aumento de temperatura que produce, es del orden de entre 4 y 5 º C, seguidamente recircula el vapor al siguiente equipo. Sobrecalentador (3) Imprescindible para convertir el vapor de agua, en vapor sobrecalentado, es decir vapor a una temperatura suficientemente alta para no provocar condensaciones que puedan dañar a equipos susceptibles de ello. Recalentador (4) De igual forma que el anterior el anterior su misión es calentar el vapor para establecer una temperatura optima de trabajo en el. entre otras muchas a parte de sus situación en la planta, las diferencia mas significativas es el salto térmico que provoca en el vapor y que como su nombre indica, recalienta el vapor enfriado que previamente ya fue calentado. 4.4 Tren de generación. PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 24 Ciclo en el cual el agua, es tratada por cada uno de los equipos que lo componen en función de la necesidad sujeta a la eficiencia de la planta. Aunque el aporte de agua al circuito es constante se ha de considerar de igual forma un circuito cerrado, ya que este sistema es la verdadera esencia del ciclo Rankine adaptado a una central termosolar. Como ya indicamos anteriormente, todos los sistemas basados en el intercambio de temperatura entre fluidos que cambian de fase en el proceso, el sentido de circulación es siempre inverso, implícito esta, que algunos de los equipos que presenten ambos circuitos han de ser comunes. Tal es el caso de: Tanque de agua de alimentación. El tanque de agua de alimentación, se sitúa en la parte mas alta del entramado de elementos, que dan forma al ciclo aguavapor. Tiene como función única y principal, establecer una presión determinada que evite la cavitación en las bombas, ya que actualmente, el aporte de agua al circuito se realiza en el condensador, desencadenando así, una serie de escasez de prestaciones que analizaremos durante el desarrollo del punto 9. Bombas de agua de alimentación (1) De Igual modo que todos los entramados dispuestos de forma que induzcan una circulación de un fluido por su interior, el ciclo de agua-vapor, necesita un sistema que genere el movimiento. Tanto es así, que en este caso, encontramos Bombas que cumplen este objetivo, en diferentes partes, en la medida que la instalación lo requiere. Precalentadores de alta y baja presión (2) Dos de los equipos por los que el sistema de bombeo, recircula el agua desmineralizada, intercambiando temperatura entre fluidos frutos del mismo circuito. Es decir, el agua, necesita obtener unas condiciones de Temperatura y de presión, previas a su tratamiento posterior de intercambio con el sistema HTF. Concretamente la temperatura del agua debe ser de 245 º en la entrada al tren de generación. Obtenemos la temperatura y presión mediante los precalentadores (por el intercambio de fluidos vapor-agua) y en el sistema de bombeado respectivamente. 4.5 Ciclo agua - vapor. - Economizador o precalentador - Evaporador - Sobrecalenteador - Recalentador PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 25 Válvulas Bypass. (3) En cierto modo estas válvulas, son un mecanismo de protección de las turbinas en periodos de arranque, paro de emergencia... Etc. Existen varias estrategias en la disposición de estas, cada cual mas auto protectora de la instalación e incluso de si mismas. Condensador (4) Situado a la salida de las turbinas, es el encargado de abastecer de agua al circuito por dos métodos. Evidentemente el primero de ellos se basa en la condensación del vapor, cuya función de generación en este punto ha llegado a su propósito, el segundo, es el de abastecer de agua al sistema cubriendo las perdidas provocadas en el evaporador. Sistema de vacío (5) Por diversos motivos relacionados con el incremento en la producción de las turbinas, el condensador debe permanecer en unas condiciones de presión que identificamos como vacío. Este sistema Es el encargado, no de generar el vacío, sino de asegurar, esta condición extrayendo las moléculas de vapor o aire remanentes del verdadero proceso de regulación de presión. Sistema de vapor de sellos (6) Por ultimo, y como un mecanismo de protección de las turbinas mas, es necesario un “pequeño” sistema compuesto por caldera bombas y condensador de vapor, encargado de condensar el vapor para garantizar la estanqueidad de las turbinas. PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 32 El campo Solar, es el condicionante mas relevante que determina las posibles ubicaciones de la planta, ya que, se debe realizar una detallado estudio que considere las características a nivel técnico que ofrece cada posible emplazamiento. No solo el nivel de radiación solar respecto a un a zona, es el dato mas importante a considerar en la ubicación definitiva, puesto existen otras variables que pueden condicionar la aprobación del emplazamiento definitivo como son: - radiación y posicionamiento solar. - Estudio geotécnico - Información meteorológica - topografía del terreno Radiación y posicionamiento Solar A la tierra llega aproximadamente 1/3 de la energía interceptada por la atmosfera, de la que el 70% cae al mar, aun así es varios miles de veces superior al consumo energético mundial. De entre toda esta energía, según la posición del sol respecto a la tierra y por extensión según el periodo del año en el que no s encontremos, existen determinadas zonas de la tierra donde el nivel de radiación es notablemente superior al resto. En España existen diversas comunidades autonomas y situaciones geograficas capaces de albergar tecnologia termosolar, en funcion de la radiacion recibida. Los parámetros más importantes a analizar son: el desplazamiento angular respecto al meridiano local y la distancia angular entre la horizontal y la línea hacia el sol. 6. El campo solar. PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 33 Para obtener la irradiancia en un punto de diseño determinado se deben de realizar una serie de estudios previos entre lo que destaca la información aportada por el programa Meteonorm, que genera un año meteorológico tipo a partir de la base de datos que tiene en diversas estaciones. Tal y como se observa en la siguiente grafica, extracto del programa Meteonorm: PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 34 EL valor de irrandiacia de un año tipo, resultado de años de registro de datos es de 880 W/m2. No obstante, el valor elegido para el cálculo de plantas termosolares en España por las numerosas ingenierías que las desarrollan es de: - Irradiancia de diseño: 850 w/m Por otro lado, la radiación no es el único dato a considerar, ya que la información geotécnica que debemos aportar al estudio: - tensión admisible: Carga máxima admisible Kg. /cm2 - Coeficiente de balasto: constante de muelle del terreno - Coeficiente de rozamiento. - Cohesión del terreno. - Resistividad. - Agresividad. - Caracterización del terreno. Condiciona desde la aceptación del emplazamiento hasta la tipología de cimentación a ejecutar en caso favorable. Información meteorológica Cuya aportación es absolutamente necesaria, ya que cualquier fenómeno meteorológico que impida el funcionamiento del campo solar durante periodos de radiación solar diurnas, constituyen perdidas de importancia directamente proporcional, al tiempo de parada. Los fenómenos metereológicos tales como el viento y la lluvia, obliga a la colocación de los módulos en posición de defensa, estado de los módulos en los que obtiene una mayor protección frente a posibles roturas. PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 35 Topografía del terreno. Aunque no es determinante debido a la capacidad de adecuación del terreno por el ser humano, es muy recomendable considerar dos aspectos fundamentales relacionados con la topografía del terreno por factores económicos - Inclinación: Es vital, preveer un sistema de evacuación de aguas pluviales tanto en el campo solar como el bloque de potencia, razón por la cual es aconsejable que el terreno tenga un desnivel de aproximadamente el 2%. Una pendiente inferior provocaría casi con toda seguridad problemas de drenaje y evacuación de agua, mientras que una pendiente excesiva supondría un gasto superior producto de refuerzos de estructuras de soporte de módulos y del tanque de expansión debido a su situación en el punto mas elevado del sistema HTF. - Recursos próximos: Es muy aconsejable preveer una localización dotada de recursos acuíferos naturales (ríos, embalses) ya que el consumo de agua es considerable. La ubicación no es la única consideración a tener en cuenta respecto al campo solar, las posibilidades respecto al desarrollo de la ingeniería son muy amplias, y muchas dependen de la decisión de la ingeniería, constructora o incluso del promotor. PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 36 Los módulos, que anteriormente ya definimos como la unión de espejos, tubo absorbedor y estructura de soporte, se distribuyen en grupos de 8 a 12, recibiendo el nombre de colector, cada uno de ellos esta dotado de un sistema que le permite realizar el seguimiento del movimiento del sol. Son necesarios aproximadamente unos 600 metros de recorrido de módulos para generar una potencia equivalente a 1.57 Mw. Térmicos, consiguiendo un salto térmico de casi 100º C, lo que se traduce en la composición de 4 a 8 colectores unidos correlativamente que llamamos Lazo. Modulo Colector Lazo Cada lazo tiene un coste de aproximadamente 800.000 Euros, que engloban espejos, tubos, estructura, cimentación y válvulas. Estas ultimas se encuentran situadas a la salida de cada lazo, que abriendo o cerrando nos permiten variar la velocidad del fluido, directamente relacionada con el caudal, y así adquirir la temperatura deseada. Es decir, a mayor caudal menos velocidad y mas tiempo incrementando calor en el tubo absorbedor y viceversa. La configuración y distribución de los lazos en una determinada ubicación condicionara el tipo de operación, mantenimiento, rentabilidad y eficiencia de la planta. 6.1 M ódulos, Colectores y Lazos PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 37 Cálculo del numero de lazos. El número de lazos, de una instalación determinara la potencia capaz de generar siendo el máximo 50 Mw., aunque se ha de tener en cuenta que la planta debe destinar cierta cantidad de energía para almacenar, en los tanques de sales, lo que incrementaría el número de lazos. Teniendo en cuenta que: - Potencia eléctrica de la planta: 49.9 - Área de apertura de un lazo: 3.270 m2 -Rendimiento del ciclo agua-vapor: 39% - Eficiencia del colector cilindro parabólico. - Eficiencia óptica: 78 % - Eficiencia térmica: 72% - Irradiancia: 850 W/m2 - energía térmica necesaria: 49.9/0.39 = 127.95 Mwt - radiación que es necesario captar: 127.95/0.78/0.72= 227,82 Mw rad. - Área de apertura total de la planta: 227,82/850= 268.023 m2 - Nº de lazos = área / apertura de un lazo = 268.023 / 3.270 = 82 Lazos No obstante, existe un coeficiente de seguridad al que denominamos “múltiplo solar”, que abastece a la planta de un margen de error, multiplicándolo por el numero de lazos calculado. El múltiplo solar varia en función de: - Planta sin almacenamiento térmico: Donde eL numero de lazos totales necesarios seria : 82 x 1.15 = 94 Lazos - Planta con almacenamiento térmico: donde el numero de lazos totales necesarios seria: 82 x 2= 164 lazos. Aproximadamente 164 lazos + el bloque de potencia junto con el almacenamiento térmico (tanques de sales) abarcan 200 hectáreas. Ejemplos de plantas Reales: - SOLNOVA 1,2,3 Sin almacenamiento 90 Lazos - IBERSOL Sin almacenamiento 88 Lazos - ANDASOL Con almacenamiento 156 Lazos - LEBRIJA Sin almacenamiento 126 Lazos - SAMCA 1 Con almacenamiento 168 Lazos PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 38 Podemos considerarla como la innovación que ha permitido el desarrollo de la tecnología termosolar. Su función es la de calentar y conducir el fluido caloportador independientemente de su naturaleza. A lo largo del tiempo el prototipo inicial ha tenido que ir sufriendo numerosas modificaciones, capaces se responder ante solicitaciones extremas de presión y temperatura que provocan cambios dispares entre los distintos componentes del tubo. Tubo metálico central Tubo de acero, de componentes no ferríticos y de uso refractario, de aproximadamente 2mm de espesor. Encargado de la conducción del liquido caloportador, transmitiendo la temperatura capaz de captar a través de su ergonómico diseño. Esta recubierto por su parte exterior de una película color negro azulado que capacita al tubo para comportarse como un cuerpo negro perfecto, absorbiendo la máxima cantidad de radiación posible en el espectro ultravioleta y experimentado la menor perdida por emisión en el espectro infrarrojo. Considerando el HTF como liquido caloportador que circula en su interior, podemos determinar una velocidad nominal de 3.4 m/s con un caudal de 6kg/s. Cada tubo de 4 metros de longitud es capaz de absorber entre 0.5 y 0.7º C, lo que se traduce en 150 metros de longitud para experimentar un salto térmico de 100º C. Cubierta de vidrio. La cubierta de vidrio ha sido cuna de todos lo problemas en el desarrollo de la tecnología. Su misión es la de crear un entorno cerrado alrededor del tubo metálico que calorifuge y permita la exposición del tubo interior a la radiación solar. Debido a ello, es necesario que el vidrio capaz de permitir el paso de la radiación solar, se encuentre en un estado de vacío de entre 4 a 6 mbar de presión absoluta, evitando el choque de unas moléculas con otras y convirtiéndose en un elemento calorifugador transparente. 6.2 Tubo absorbedor PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 39 El vidrio es un borosilicato cuya transparencia, perdidas por reflexión y resistencia, lo convierten en un candidato idóneo. La soldadura vidrio metal y las disparidad entre dilataciones por diferencia de materiales han constituido los puntos más preocupantes de este elemento, por sus continuos fallos en el arranque de esta tecnología. Las tuberías colectoras, se extienden a lo largo y ancho del campo solar, son las encargas de la circulación del HTF desde las bombas de impulsión hasta la vuelta al bloque de potencia. Por una de ellas circula el fluido frío a 295º C, distribuyéndolo por todos los lazos, mientras que la otra se encarga de recoger todo el HTF que sale de los lazos a una temperatura cercana a los 400º C a pleno rendimiento. Se trata de tubos de acero al carbono con un diámetro medio de (500mm), cuyas uniones entre si deben ser radiografiadas 100% para asegura la estanqueidad del sistema. Un metro de tubo de 20 pulgadas puede costar entre 60 y 150 euros sin contar las radiografías, cimentación, ni calorifugazo, teniendo en cuenta las 200 hectáreas por las que circula el entramado de tuberías, no es difícil entender que los lazos se hayan prediseñado de forma que se recorra el menor numero de metros posible, dando lugar a un recorrido conjunto de las dos tuberías colectoras, como se aprecia en la foto. Aproximadamente entre 20.000 y 40.000 pulgadas de soldadura se realizan in situ mientras que otras 20.000 se realizan en taller. El ratio aproximado es de 3:1 entre las soldaduras de taller y las que se hacen a pie de tajo, por lo que es necesario tener una ingeniería de detalle al milímetro para evitar errores. 6.3 T uberías colectoras fría y caliente. PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 40 Es absolutamente necesario preveer la dilatación de todos los materiales susceptibles del cambio de estado por variaciones de temperatura. De forma que las tuberías colectoras se han predispuesto en forma de liras que permiten el movimiento mediante puntos móviles sobre la cimentación. El método más común, consiste en la sujeción de una varilla redonda en la cimentación, sobre la que descansa una estructura de soporte de las tuberías colectoras que permite su deslizamiento. Para evitar las perdidas de temperatura en el HTF, esta tubería tiene que ir calorifugada completamente mediante un recubrimiento de material aislante que en la mayoría de casos es lana de roca y recubrimiento de aluminio. Aunque actualmente, se están estudiando otro tipo de posibilidades que en principio pueden resultar mas caras económicamente pero mas rentables a largo plazo en el ahorro de energía. Durante el recorrido a través del campo y para conseguir una presión constante en toda la red, la perdida de sección en las tuberías es directamente proporcional a la distancia que guarden con el bloque de potencia y al volumen de HTF que deban distribuir por los lazos restantes. Además diferencias entre temperaturas en la entrada/salida y presión entre punto mas lejano y mas cercano al bloque de potencia, determinan características diferentes entre el tubo que conforma los colectores que circulan en paralelo. De forma que, si nos centramos en el caso mas extremo, el tubo dispuesto a recibir 400º C de temperatura y presión de 30 bar en la entrada al bloque de potencia es de 30“ de diámetro y 1“ de grosor, mientras que el tubo de salida esta misma altura de la instalación es de 28” de diámetro, ya que la disminución de volumen provocada por las temperaturas bajas después del intercambio lo permiten. 1 pulgada = 3,27 cm. 30 pulgadas = 75 cm. PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 41 El campo solar se encuentra encercado por una red de tuberías que circulan recolectando los progresos térmicos del HTF. Además antes de intercambiar la temperatura obtenida en el tren de generación, existe la posibilidad de recircular parte del liquido transmisor a diferentes equipos en función de su temperatura. El conjunto de toda esta red recibe el nombre de Sistema HTF. De entre la dotación de equipos que presenta este tipo de plantas dentro del sistema HTF, hay que destacar la posibilidad de almacenamiento de energía que ofrece el aporte de tanques de sales cuya instalación es opcional. Únicamente se contemplara durante el desarrollo de este análisis, la configuración resultante de la inclusión de este equipo, debido su excelentes resultados. Puesto que el campo solar se estudio detalladamente en el punto anterior, se tomara como punto de partida del recorrido cíclico que mantiene el HTF. Independientemente de considerar las tuberías colectaras fría y caliente (1) dentro de este sistema o del campo (2), son las inmediatas anteriores al primer elemento del sistema HTF, las bombas centrales (3). Pasado este punto de la instalación, se encuentra con diferentes posibilidades en función de la temperatura del aceite, obtenida a la salida del campo: 1. 400º C Temperatura: En términos totales de capacidad de HTF en la instalación, de las 1200 t. totales, solo 900 t. Se destinan al tren de 7. Sistema HTF 7.1 Descripción funcional. PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 48 Por último, los gases son conducidos a un tercer equipo (3) encargado de realizar el intercambio entre gases para favorecer el proceso de combustión en el quemador de gas y evitar condensaciones en el interior de lo equipos. Es decir, a través de un ventilador (4) se envía aire a una presión que no supera los 4 bar a un sistema que esta dotado de una válvula Bypass que durante el encendido del sistema recircula aire frío hasta el quemador (flecha azul). Una vez se ha adquirido una temperatura suficientemente elevada la clapeta cierra y recircula el aire frío por el interior del equipo (3) donde se realiza el intercambio de temperatura entre gases que provienen de los equipos anteriores convirtiéndolo en aire caliente y así enviarlo al quemador (5) favoreciendo su combustión (flecha roja). La fabricación de los Intercambiadores Gas/ Gas (3) y Gas/HTF (2) de ambas fotos, se basa en los principios básicos de cualquier intercambiador, es decir, recipientes donde en el interior circula un fluido libremente (a) y tubos (b) que en su interior recirculan otro fluido. PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 49 Una de las condiciones mas importantes a la que están sometidas las nuevas tecnologías ecológicas y renovables de obtención de energía, es la incorporación de sistemas que doten a la planta de cierta autonomía o lo que es lo mismo, una previsibilidad real frente a las redes eléctricas. Por ejemplo, una de las tecnologías en cuanto a energía renovable mas desarrolladas, la constituyen los generadores cólicos, lo cuales se extienden a logra y ancho de enormes campos donde son capaces de generar al unísono mas de 200Mw hora, aunque una de las grandes desventajas es la imprevisibilidad que tenemos los seres humanos respecto a los fenómenos meteorológicos, de forma que la red no esta preparada para soportar cambios de 200 Mw. hora, en apenas 30 minutos. De igual forma el campo de las energías renovables no podía permitirse, una imprevisibilidad tal que, su producción estuviera sujeta a centrales de energía no renovables que cubriera los vacíos que se manifestaran durante periodos de condiciones metereologicas adversas. Entre otras cosas, porque apenas habríamos avanzado nada. Los tanques de sales, se presentan como una solución innovadora a todo este problema ya que es capaz de abastecer a las plantas de generación de 2 días y medio de autonomía. Aunque este campo parece exclusivo de los tanques de sales es conveniente remarcar que uno de los principales propósitos de las calderas de apoyo, es este mismo, ya que son capaces de generar energía cuando el clima no coopera. Las sales constituyen el punto fuerte de esta tecnología. Es una composición química a partir de nitrato de sodio y potasio capaz de mantener sus propiedades entre 220 y 560º C de temperatura. El sistema precisa de dos tanques que según cuyas dimensiones aproximadamente son de de 16 metros de altura y 42 metros de diámetro para el tanque frío y 16 metros de altura y 42,5 metros de diámetro para el tanque caliente. El proceso es muy sencillo .Durante el proceso de captación solar o mediante las calderas parte del HTF se envía a uno de los tanques intercambiando temperatura con las sales y almacenándolo. Una vez se precisa el apoyo de la energía acumulada el proceso se invierte, volcando las sales enfriadas al interior del otro tanque. 7.5 Tanques de sales. PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 50 Para este proceso son necesarios tres intercambiadores tubulares que se encuentran situados en el medio de los dos depósitos. Llegado a este punto es fácil pensar que si la eficiencia de las sales es superior a la del HTF porque no utilizar Sales directamente. La respuesta viene dada por sus propiedades físicas, ya que con 1898,76 kg/m3 de densidad se convierte en inviable el proceso de bombeo a través del entramado de tubería de los campos. Intercambiadores por el interior PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 51 El tren de generación representa el nexo de unión entre el sistema HTF y el ciclo agua vapor. Es decir, es el conjunto de equipos que precisa una central termosolar para realizar el intercambio de temperaturas entre los fluidos dada la incapacidad que manifestamos en la manipulación de fluidos bifásicos dentro del mismo sistema. Respecto al sistema HTF el tren generación se encuentra ubicado en un punto estratégico que le permite obtener altas temperaturas adquiridas por el HTF en el campo solar, tanques de sales o calderas de apoyo. Respecto al ciclo Agua vapor debe situarse tras un conjunto de equipos que adecue el fluido generador a las condiciones óptimas de Generación de vapor. El concepto principal que sostiene la teoría de estos equipos, es el intercambiador de carcasatubo que si bien no es el mas efectivo es el que representa una optima relación economía/rendimiento. En esta parte de la instalación se contempla hasta un 30 % de paradas no programadas de las plantas termosolares actualmente, debidas a las condiciones extremas de temperatura (aproximadamente 400º C), la cual a su vez implica: 1. Rendimientos cercanos al 40%, lo que supone un desaprovechamiento de la energía térmica generada del 60%. Mas temperatura supondría un rendimiento mas elevado, pero un encarecimiento desproporcionado del fluido caloportador, convirtiéndolo en un proceso improductivo. 2. Presiones de generación diferentes. Es decir el máximo aprovechamiento de la condiciones del fluido generador a la entrada de la turbina viene determinada por la presión temperatura y entropía*. Puesto que como se observa en la tabla, la valoración de estos tres elementos determinara el óptimo proceso de explotación. *Entropía: Concepto Termodinámico que indica la medida del desorden de las partículas de un fluido. Aplicado a este campo, determina el cambio entre fases de un fluido en función del desorden de las moléculas, con ello mediante la presión y temperatura se obtiene la fase del fluido que se precisa en valor antrópico determinado. 8. Tren de Generación. PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 52 (Es imprescindible para entender esta cuestión, la necesidad de obtención de vapor seco para generar moviendo en las turbinas, y así impedir el deterioro de los alabes de su interior, dada la condensación producida mediante vapor a temperaturas bajas.) Por ejemplo, según la grafica adjunta, para un proceso de energía termosolar donde alcanzamos una temperatura de 400 grados a un presión de 105 bares nos encontramos en un punto (1)donde el paso del fluido por la turbina de alta presión provoca una caída hasta la curva que la entropía delimita el estado de vapor + liquido (2). Llegado este punto es evidente que el aporte de temperatura y el mantenimiento de la presión 18 bar (3) provocarían un incremento en la generación que podría ser aprovechado por una turbina que fuera capaz de convertir fluidos a baja presión y alta temperatura en energía potencial (4). El segundo incremento de temperatura del fluido a presión constante (18 bar) en el punto 3 resulta muy productivo, como resultado de la caída del la curva de la entropía (5). Es decir, el único motivo por el que se considera la posibilidad de volver a subir la temperatura es porque la caída de la curva entrópica es muy pronunciada y en consecuencia el recorrido (6) del vapor en estado seco aumenta hasta llegar a la curva del estado líquido. En conclusión, el numero optimo de turbinas a instala r para un máximo aprovechamiento de la energía térmica generada en una central termosolar de estas características correspondería a 2, una turbina de alta presión y una turbina de baja presión. Aclaración. Como se observa, el recorrido de la linea roja responde a un incremento de la temperatura del fluido gneerador (agua) con el paso por el tren de geeneracion . Una vez alcanzados los 300 ºC,(a) mediante una horizontal (b) pasa a buscar las presiones a las que se encuntra el circuito en cada punto(c,d). Esto no responde a un estado fisico del fluido sino que por la complejidad de la grafica busca la presion a la que encuentra a 300 ºC, que es lo verdaderamente interesante. PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 53 Como ya se ha indicado en repetidas ocasiones el ciclo de intercambio de temperaturas tiene un sentido de circulación inverso entre fluidos, a través de los diferentes equipos que componen este sistema. Tal y como se aprecia en el grafico: 1. Economizador: encargado de elevar la temperatura del agua hasta aproximadamente la temperatura de evaporación para una presión de 105 bar, es decir 245º C. Para ello utiliza la temperatura remanente (322º C) del HTF después de pasar a través de todo el tren de generación y volver al campo solar aproximadamente con 300 º C. 2. Evaporador: Equipo que únicamente incremente en unos grados la temperatura del H20 obtenida del economizador. Utiliza 380º C del HTF para elevar la temperatura lo suficiente para crear vapor Saturado. 3. Sobrecalentador: Cuyo propósito es el de elevar la temperatura del vapor saturado con el fin de convertirlo en vapor seco, necesario para evitar el daño de los alabes de la turbina. Con aproximadamente 393º C consigue un incremento del vapor de 66º C 4. Recalentador: Como se señalo en el apartado anterior es muy conveniente el uso de una segunda turbina de baja presión, cuyo requisito principal consista en el empleo de fluidos con temperaturas cercanas a los 380º C. Este equipo es el encargado de habilitar estas condiciones. El sistema esta doblado, de forma que la parada no programada de cualquier equipo, equivaldría automáticamente al desvío del 100 % del caudal de HTF y agua por la parte del sistema que se encuentre todavía operativa. 8.1 Descripción funcional. PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 54 El funcionamiento de todos estos equipos se basa en la circulación de un fluido por el interior de un tubo que a su vez se encuentra situado en el interior de la carcasa de un determinado equipo de forma el intercambio de temperaturas se produce en el interior y esta supeditada totalmente a la velocidad y caudal que apliquemos a los fluidos. El caudal de HTF que habitualmente es necesario para producir 590 Mw. eléctricos es cercano a los 570 kg/s, aunque el paso del caudal no se deriva en partes iguales por las dos turbinas encargadas de la generación. Se estima que aproximadamente es necesario casi el 90 % de todo este caudal para obtener condiciones mínimas en la generación de la turbina de alta presión, unos 500 kg/s. Mientras que se destinara solo un 10 % para la turbia de Baja presión. En conclusión, cuando la planta se encuentra a plena carga es capaz de admitir casi 500kg/s de HTF a través de los equipos de generación de la primera turbina (evaporador, economizador y sobrecalentdor), así pues únicamente circularan uno 50m kg/s por el equipo destinado a la generación en la segunda turbina (recalentador). La consecuencia es que el salto térmico de este último es mucho mayor (150º C) ya que el intercambio es mucho más eficiente con caudales reducidos. PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 55 El economizador es el primero de los equipos del tren de generación y el último que atraviesa el sistema HTF. Las condiciones de trabajo que se muestran solo se deben de tomar como mera referencia ya que en la realidad cada planta opera a las condiciones adaptadas al ciclo agua-vapor del que estaban dotadas. Se trata de un intercambiador carcasa tubo, donde el HTF circula por la carcasa mientras que el agua circula por el interior de los tubos por motivo de viscosidad de fluidos. La posible problemática derivada de este equipo reside únicamente en dos puntos: 1. La corrosión: La cual debería poder evitarse con un sistema de tratamiento químico para el agua donde se controle el ph. el contenido en O2 CO2 y la conductividad 2. Steaming: proceso derivado del exceso de temperatura. Es decir la producción de vapor en el interior de la carcasa, para lo que se debería mantener un seguimiento continuo de las temperaturas que se alcanzan, incrementando el caudal o velocidad, a modo de prevención de esta problemática. 8.2 Economizador. PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 56 Las características fundamentales para asegurar la competitividad de este equipo son: 1. El haz tubular interior debería ser en forma de U, para poder hacer efectiva la dilatación de los tubos. 2. Debe tener una placa separadora para recircular el HTF a través de un recorrido equiparando la temperatura en todo el equipo y así evitar tensiones térmicas. 3. El radio de curvatura de los haces interiores debe ser un punto critico para análisis y estudio. 4. El material del haz tubular no debe contener cobre. 5. El material de la placa de sujeción del haz tubular deber ser de acero aleado. 6. Es muy importante la previsibilidad de las reparaciones. 7. Es recomendable un válvula de control a la salida para evitar el Steaming . PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 57 Equipo encargado del cambio de fase del fluido generador. Con apenas un incremento de temperatura de 4º C es capaz de evaporar el agua desmineralizada que circula por su interior. Es uno de los componentes más problemáticos del conjunto, puesto que su función incluye ambas fases de un mismo fluido a presiones y temperaturas muy elevadas. Podemos encontrar principalmente dos tipos en función de su forma: - tipo kettle: en el cual la evaporación se realiza dentro del mismo recipiente adosando un pequeño depósito en la parte superior para la fuga de vapor. - con calderón de vapor: en el cual se encuentran separadas las zonas, con depósitos en función del estado del fluido. 8.3 Evaporador. PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 64 Es uno de los Equipos Clave, en las Plantas termosolares. Su función principal es la de condensar el vapor procedente de la turbina de baja presiona si como el vapor procedente de los bypass y drenajes de la turbina Los parámetros principales a controlar en el condensador son: - Presión : Aproximadamente 40 mbares - Temperatura de condensado: Aproximadamente 30º C EL principal tema previo a tratar el funcionamiento y desarrollo técnico del condensador es probablemente el … ¿ Porque volvemos a condensar el Fluido Generador después del costoso procedimiento para mantener la fase gaseosa ? La respuestas son varias entre las que se encuentran : 1. Después del paso del vapor por la turbina de baja, el fluido es vapor saturado a presión baja, por lo que se necesita convertirlo a una única fase para poder tratarlo. 2. El aporte de agua al sistema debe de ser en estado liquido por la complejidad que representa el aporte en cualquier otra fase. 3. El rendimiento de las turbinas. Ya que …. …. Como se ha podido observar, en l plana termolar se desarrollan unas presiones de entre 30 y 105 bares de presión a través de todo el circuito exceptuando un único punto, El condensador. En el cual la presión, por debajo de lo 0.063 bar empezamos a considerarla como presión al vacío. Para poder entender porque es necesario tener cuenta los valores entre los cuales operan las turbinas: -Turbina de alta: El fluido entra con una presión de 105 y sale con 18 bar. - Turbina de baja: El fluido entra con una presión de 18 bar y sale con 40 Mbar La mejor forma de entender porque se hace esto es establecer una simple analogía. Si queremos romper algo desde lo alto de un edificio, podemos tirarlo hasta que el choque contra el suelo se encargue de cumplir el objetivo. Pero si queremos romperlo mas aun, podemos considerar la posibilidad de realizar un agujero en el suelo para que la caída sea mayor. 9.3 El condensador. PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 65 Lo mismo ocurre con la turbina de baja, la que gracias a establecer un estado de presión al vacío a su salida es capaz de obtener aproximadamente el 75 % de al energía de la planta es decir 35Mw hora. Este vacío se consigue de dos formas diferentes: 1. Eliminación de gases condensables, por condensación. 2. Eliminación de gases inconfensables, por extracción con bomba de vacío. Es decir…. Para conseguir el 99% de vacío en el condensador, no se utiliza una bomba de vacío ya que las proporciones del condensador equivaldrían a un equipo excepcionalmente caro para provocarlo y dado que en su mayor parte se trata de vapor de agua utilizamos el sistema de enfriamiento para provocar el vacío. El método mas explicito para entender como se genera el vacío, es llenar una botella de plástico de vapor de agua e inmediatamente enfriarla su superficie, comprobaremos como se genera el vacío, tras el estado final de la botella. El resto de gases incondensables deben ser extraído mediante un pequeña bomba de vacío la cual consideraremos como un equipo adicional de los que señalaba el P&Id de la descripción funcional. En cuanto a su fabricación y funcionamiento se ha debe tratar como un intercambiador carcasa tubo mas, en el cual hacemos pasar agua a temperatura ambiente por el interior de los tubos condensando así las moléculas de vapor, en agua. Dado que el sistema siempre tiende a generar unas pérdidas de agua este es el mejor punto para suplirlo, bosquejando una idea ya más palpable de la escasez de prestaciones que se mencionaba en el punto 4.5 en cuanto al tanque de agua de alimentación. PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 66 La inclusión de un sistema de limpieza continuo en el condensador es absolutamente necesaria. En Todos los casos donde se lleva a cabo, se trata del sistema taprogge (marca Registrada), el cual se basa únicamente en la inclusión de una bolas que circulan con el agua y que en la medida que pasan por los tubos contribuyen a su limpieza. Se detecta fácilmente la inclusion de este sistema mediante un a brida de diferente color, en la tubería de agua. Este tipo de bombas se encuentran situadas a las salida de l condensador. Se ha de tener en cuenta que se trata de bombas muy especiales ya que deben tratar presiones inferiores a 1 bar y reconvertirlas a presiones de trabajo par a temperaturas de más de 100º C. Para ello se recurre a ubicarlas en cotas inferiores a las de la cota 0 de la propia planta, de forma que la diferencia entre las presiones se pueda mitigar con este tipo de solución. Normalmente se precisan 2 bombas para hacer frente al caudal que debe manejar, por lo que se recomienda la instalación de una tercera por si acaso alguna de las otras dos entrar en paro no programado. Aunque las posibles configuraciones van desde: - 1 bomba: 100% - 2 Bombas: 50 % y 50 % - 3 Bombas: 33% + 33% + 33%. 9.4 Bombas de agua de alimentación. PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 67 Por motivo de aprovechamiento de especio los Recalentadores, tanto de baja como de alta presión se encuentran situados en las diferentes plantas ejecutadas a partir de la necesidad de ubicación del tanque de alimentación en el punto mas alto de la instalación. Como bien indica su nombre, se trata de recalentadores que tratan de aprovechar el excedente en vapor de las turbinas para reconducirlo hasta estos donde por medio de intercambiadores carcasa tubo se realiza un nuevo intercambio de temperaturas adecuando las condiciones del liquido generador para la entrada del tren de generación Por el interior de los tubos, circula el agua a la presión suficiente para evitar la evaporación de esta durante el intercambio de temperatura con el vapor circulante por el interior de la carcasa. Se trata de una fabricación muy similar a todos lo intercambiadores del tren de generación: una carcasa y por su interior un haz de tubos en forma de u Sujetos por un placa de acero al carbono, cuya reparación consista únicamente en la sustitución del tubo dañado o del haz de tubos por completo a partir de la extracción de la placa. La única deferencia entre los recalentadores de baja y alta presión reside en las temperaturas que son capaces de desarrollar tras el paso del los fluido por el interior 110 y 245º C respectivamente. Aunque se ha de señalar que tras los recalentadores de baja presión, se encuentra un circuito de bombas que ayuda a alcanzar la presión de 105 bar necesarias para el tren de generación. El tanque de alimentación en una central termosolar, es un equipo que ha permanecido impasible ante el progreso y evolución que ha caracterizado al resto de la planta. Los continuos avances registrados por cada uno de los sistemas mediante la incorporación de nuevas tecnologías o el asentamiento de nuevos criterios de diseño o enfoque técnico se ha manifestado por parte del tanque de alimentación de agua con una respuesta estéril, resultado probable de su no muy elevado coste económico. Como bien indica su nombre, en principio se consideró la posibilidad de colocación de un depósito que se encargara principalmente de tres funciones: 1. Mantener la presión para evitar la cavitación en bombas 2. Servir de punto de inyección de agua al sistema 3. Punto de escape de gases incondensables. 9.5 Recalentador de baja y de alta presión. 9.6 Tanques de agua de alimentación. PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 68 Como se trató varias veces anteriormente, este depósito ha manifestado una pérdida notable de prestaciones, ya que dos de las tres funciones principales han sido adjudicadas por completo al condensador dada la simplicidad que supone realizarlas. 1. La presión que evita la cavitación de las bombas se mantiene, para ello es necesario situar este deposito en el punto mas alto de la instalación de agua, por ello se recurre a la construcción de edificios que a menudo superan los 25/30 metros y del que se aprovecha su gran altura para la ejecución de forjados donde colocaremos posteriormente los recalentadores de alta y baja presión. 2. Respecto al punto de aporte de agua al ciclo, se ha solucionado inyectando el agua en el condensador, porque aunque la mezcla de los distintos fluidos en los intercambiadores carcasa tubo nunca tiene lugar, las condiciones que dan en su interior tras el efecto de la bomba de vacío, sumado a la idéntica naturaleza de los fluidos, permite una inyección segura que no comprometa en ningún caso la condición de circuito cerrado a presión. 3. Respecto a l punto de escape de gases incondensables, es evidente que estos representan únicamente el 1% y que la bomba de vacío se encarga de extraerlos con toda seguridad del interior del condensador, y puesto que en el transcurso desde el condensador hasta el tanque de alimentación no se encuentra ningún equipo relevante al que le afecte este tipo de fluido las ventajas de acoplar un desgasificador al deposito de expansión son cuestionables. No obstante, no se ha realizado ningún avance significativo y suficientemente competitivo que evite la cavitación en las bombas por lo que la construcción del edificio y la situación del tanque de expansión en el punto mas alto de la instalación es fundamental. Este se coloca entre el circuito de racalentadores de baja presión y alta presión, tiene acoplado unas bombas especificas para garantizar la circulación de agua por todo el ciclo agua vapor. PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 69 Las turbinas de alta y baja presión son la última pieza de este enorme entramado de ciclos y sistemas, y el único nexo de unión entre toda la parte hidráulica y la parte eléctrica que es el único motivo de desarrollo de esta tecnología. Se trata de tecnologías con un gran estado de madurez, dada la similitud de estos equipo con los dispuestos en el resto de centrales de obtención de energía. Son 15 millones de euros, de material mecanizado hasta el mínimo detalle, donde hasta el soporte, viene especificado por el proveedor del sistema aunque en ningún caso es fabricado por el ,ya que se trata de enormes peanas de hormigón armado. Es imprescindible la incorporación de sistemas que permitan la manipulación de esos equipos, posteriormente a sus instalación, para realizar futuras modificaciones o reparaciones, por lo que lo mas aconsejable es fabricar un a nave con puente grúa, a pesar de que alguna ingenierías se hayan decidido por trasladarle este problema a la futura propiedad y explotador de la planta. Por otro lado, como podemos apreciar en las fotos no es menos importante elegir el sistema de transporte idóneo para el gran tonelaje que supone cada una de las turbinas dada la gran sensibilidad de cada una de las piezas a cualquier factor externo y su elevado valor económico. Accidente de turbina caída al mar durante el transporte. 10. Turbinas PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 70 BOP es el conjunto de sistemas cuya aportación es vital para el desarrollo de cada uno de los propósitos de los equipos principales a los que están asociados o que no interviene directamente en el proceso de producción de energía. Su importancia dentro de una planta termoslar de energía no viene dada por su exclusividad, si no por su función, independientemente de la tipología de máquina que la lleve a cabo. Los sistemas auxiliares de una planta termosolar, aunque auxiliares y en principio podamos clasificarlos como secundarios, dado el amplio abanico de ofertas que cumplen la misma función, constituyen una gran parte de la instalación económica/funcional y es muy importante considerarlos. El consumo de cada uno de los equipos involucrados directamente en los procesos de producción mas los equipos auxiliares suponen un consumo eléctrico de entre 5 y 7 Mw. anuales lo que se convierte en aproximadamente unos 15000 y 25000 Mw/h de energía consumida. Estableciendo la prima según RD esto puede suponer una perdidas económicas de aproximadamente 7 millones de euros al año. Teniendo en cuenta este ultimo punto, no es de extrañar que se cuente con la posibilidad de una inmediata o posterior instalación de 5 Mw fotovoltaicos no conectados a la red, simplemente para alimentar la barra de tensión de la que cuelgan todos los consumos auxiliares. No se observa ninguna requisición que induzca a pensar que este sistema pueda ser incompatible según el real decreto 661/2007. No obstante se recomienda en todos los casos desconectar todos los consumidores que no realizan ninguna función útil constante como pueden ser los variadores de las bombas. En la planta, concretamente en el ciclo de agua vapor suelen generarse una serie de corrientes de aguas residuales procedentes de: - Purgas de calderas. - Purgas de torres de refrigeración - Purgas y rechazos de la planta de tratamiento de agua - Aguas Sanitarias - Aguas aceitosas - Residuos aceitosos procedentes de fugas de máquinas y motores. 11. Sistemas BOP 11.1 Sistema auxiliar eléctrico. 11.2 Planta de tratamiento de aguas residuales. PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 71 En función de los volúmenes y tipología de los vertidos que se produzcan en los ámbitos de planta de energía que existen actualmente, se utilizan distintos procesos de tratamiento de vertidos y distintos tipos de almacenaje. En función del tipo de vertido los tratamientos pueden ser : 1. tratamientos primarios o fisicoquímicos: orientados a la eliminación de sólidos aceites y otro componentes. 2. Tratamientos secundarios o biológicos ; destinados a la eliminación de material orgánico 3. Tratamientos terciarios, destinado a acondicionar los vertidos a los parametros dictados por la legislación . Lógicamente, es una muy superflua explicación del verdadero procedimiento de tratamiento de vertidos, pero para el fin de la compresión de tratamientos de residuos de una planta termosolar no es necesario profundizar más en el tema. Aunque sí, profundizar en la metodología en que se empleara para la contención de lo vertidos en planta ya que esto está directamente relacionado con el espacio y ubicación a ocupar. En el caso de las plantas termosolares, la balsa de efluentes es la metodología mas común y mas indicada a seguir. Esta consta de las siguientes instalaciones: - depuradora de aguas aceitosas - Balsa de vertidos, en la que pueden realizarse las siguientes operaciones: - homogenización de los diferentes vertidos - Oxigenación forzada - medida de la composición físico-química del vertido - Sistema de recogida de fangos - Balsa de regulación de vertido en aquellos emplazamientos en los que el cauce en el que se realiza el vertido esta sometido a fuertes variaciones estacionales de caudal. PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 72 Otro sistema que en algún caso se ha utilizado es el de la balsa de vertidos, la cual que consiste en la disposición de una amplia zona de acopio de vertidos cuyo tratamiento se realiza únicamente en verano. Después de haber sufrido una evaporación del agua sobre la que se encuentran disueltos las sustancias nocivas, una empresa especializada en el tratamiento de materias contaminantes lo recoge como sólido y lo trata. Es de suponer, que este caso solo se da en las plantas que disponen de una grañidísima zona para realzar este tipo de tratamiento de fluidos contaminantes. Uno de los aspectos fundamentales a tener en cuenta en el momento de diseño de la ingeniería es la elección óptima de la ubicación de la planta. En muchas ocasiones ubicaciones excelentes desde el punto de vista de la radiación recibida, se enfrentan al hecho de carecer de recursos hídricos necesarios. El alto consumo de agua en una planta termosolar viene determinado por las torres de refrigeración la cuales manifiestan un elevado consumo dada la continua reposicion que deben realizar a la salida de la turbina. Se estima que casi el 80 % del total del agua consumida en una central se da en este punto ,lo que supone aproximadamente unos 4.8 m3 por Mwh neto producido, es decir, unos 600 m3/año. Este valor viene determinado también por la caracterización de las aguas que se dan en el aporte, siendo las aguas con mayor carga iónica (subterráneas) las que mas consumo provocan y las agua mas puras ( las De río) las que lo disminuyen. Es por ello por lo que es indispensable la presencia de un recurso hídrico cercano al emplazamiento definitivo de la planta, ya que el uso de otro tipo de proceso para la refrigeración del agua utilizada en el condensador son un alternativa que debe estar ligada a unas condiciones geográficas que no coinciden en ningún caso con las necesarias para el desarrollo de una ingeniería termosolar. Una torre de refrigeración esta compuesta por: - 3 celdas: En cuyo caso son mas baratas, precisan de menos mantenimiento pero sin embarogo tienen menos flexibilidad en caso de necesitar realizar un paro en ventiladores - 4 celdas: En cuyo caso son más caras, precisan más mantenimiento pero sin embargo poseen un ajuste de consumo óptimo de los ventiladores en invierno. 11.3 Sistema de refrigeración. PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 73 Su funcionamiento no dista mucho de la operación que realiza el condensador, simplemente se realiza un intercambio de temperaturas aunque en esta ocasión se realiza al aire libre. Es el aire en este caso el encargado de enfriar la temperatura del agua mediante un enorme ventilador que situado en la parte superior obliga al paso de la ventilación a través de conductos por los que circula el vapor saturado Es de suma importancia, que el agua con la que se trata este sistema tenga unas propiedades físico-químicas que no dañen los equipos y que por supuesto respeten las requisiciones del real decreto que regula las emisiones de sustancias nocivas a la atmosfera. Por otro lado, es importante estudiar la ubicación de este tipo de equipo dentro de la planta ya que puede colaborar significativamente a la oxidación de todos los elementos metálicos que se encuentren en la trayectoria de su operación. Las partes de una torre de refrigeración son: PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 80 Por otro lado el los beneficios de este tipo de solución proporcionan la capacidad de asumir la total producción de la planta con solo un tren de generación, aunque el precio resultante de fabricar 2 el mantenimiento y las probabilidades de que un sistema tan grande paralice la producción con solo una de sus equipos fuera de servicio lo convierten en una característica actual de las plantas en construcción poco eficiente. Su coste es aproximadamente de unos 4 millones de euros. Se ha de tener en cuenta que el emplazamiento y transporte de equipos de las dimensiones y pesos que se desarrollaban en este tipo de proyectos lo convierte en intervenciones propias de mega ingenierías y cada detalle puede implicar un sobre costo de sumas importantes. Este es el caso en concreto de la instalación de las calderas auxiliares en el cual para su instalación se necesita los servicios de distinto tipo de grúas debido a la disparidad de pesos y trabajos a realzar en un mismo emplazamiento de la obra. Para casi el 100% de los trabajos a realizar en estas plantas se utilizan grúas telescópicas, ya que las intermitentes intervenciones en ubicaciones distintas hacen imposible la consideración de cualquier otro tipo de equipo auxiliar. Pero no era este el caso de la instalación de las calderas auxiliares HTF, ya que en la fase inicial del montaje, en efecto, se precisan grúas de gran tonelaje (concretamente grúas 300T y grúa 100 T) para la colocación de los equipos principales. Pero durante los siguientes meses se precisa maquinaria auxiliar capaz de izar elementos con pesos inferiores 1.5 T, sobre el mismo emplazamiento, lo que lo convierte a esta ingenieraza en una candidata perfecto para el uso de grúas torre. Maniobra situación calderas con la retenida Después de diversos proyectos, se ha accedido a la consideración de esta posibilidad ya que los números indican un ahorro de unos 30.000 euros por instalación. 12.5 Emplazamiento de equipos en obra PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 81 Ya que las características de las grúas son las siguientes: Antes: Grúa telescópica 35 T permanentemente en obra, + operario grúa telescópica + dietas, sin posibilidad de realizar trabajos mecánicos por pertenecer a la subcontrata grúa. Después: Grúa torre 26m. altura bajo gancho, alcance 30metros + operario contrato final de obra, contratado en proximidades de la planta, sin dietas. Posibilidad de realzar trabajos mecánicos mientras la grúa no se encuentra en uso. PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 82 La teoría de una central termosolar es que la energía solar térmica carece de la emisiones contaminantes o de las preocupaciones de seguridad medioambiental asociadas con la tecnología de generación convencional, es decir no existe ningún contaminación en forma de gases de combustión o ruido durante ala operación. Por otro lado se estudia también la repercusiones medioambientales cuando expira totalmente el periodo de producción del la planta, de forma que desmantelarla no cree ningún tipo de problema. Lo que es mas importante en términos medioambientales mas amplios, durante la operación de una central solar termoeléctrica no hay emisiones de CO2 – el gas de mayor responsabilidad en el cambio climático global. Aunque hay emisiones indirectas de CO2 en otras etapas del ciclo de vida (construcción y desmantelamiento), estas son significativamente menores que las emisiones evitadas La electricidad generada a partir de la energía térmica solar puede por tanto contribuir sustancialmente a los compromisos de reducción del constante aumento en el nivel de los gases de efecto invernadero y su contribución al cambio climático Legislación Europea: 12.6 Informe ambiental 12.6.1 Marco legal PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 83 Legislación nacional: PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 84 13. Infografía del proceso constructivo PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 85 PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 86 PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 87 PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 88 PROYECTO FINAL DE CARRERA: ESTUDIO Y ANÁLISIS DE INSTALACIÓN DE CENTRALES TERMOSOLARES DE CAPTADORES CILINDRO PARABÓLICOS. 89 El análisis de plantas termosolares así como de los diferentes métodos de producción de energía existentes a día de hoy, viene ligado al factor económico que trasciende de alta rentabilidad que genera una necesidad de energía limpia. Una de las conclusiones personales más significativas es la disparidad que presentan los términos energía limpia y barata o gratuita. Aunque en principio, las fuentes de energía alternativas se basen (dado su carácter eco protector) en emisores naturales, inagotables y gratuitos no significa que el ser humano no sea capaz de convertirlo en un proceso inagotablemente caro. Ya que inversiones multimillonarias vienen financiadas por bancos que esperan recuperar e incrementar sus dividendos a costa de encarecer paulatinamente las facturas de la luz. Es decir la probabilidad de que el ser humano cree un fuente de energía limpia y barata puede incrementarse exponencialmente con el avance tecnológico que seguro experimentaremos, pero lamentablemente el mundo se mueve con dinero y la moneda de cambio es la energía y no estamos dispuestos a sacrificar el bienestar de los países del primer mundo en pro de la raza humana. Lejos de convertir el Estudio de Plantas termosolares en un análisis económico social, cabria destacar el beneficio que aporta ciertas nuevas tecnologías como en este caso la adaptación de tanques de sales al sistema, lo que dota a las plantas de autonomía suficiente, aumentando su rendimiento y eficiencia desde el punto de vista energético. Teniendo en cuenta que este equipo puede multiplicar como mínimo su costo por 10 en forma de beneficio, la negativa a su instalación solo puede responder en mi opinión a una inversión inicial capada, seguida de una previsión futurible de dotación del equipo. La incapacidad del ser humano en manejar fluido bifásico dentro del mismo sistema, lleva a la necesidad de uso de dos circuitos diferentes por los que circula agua y HTF respectivamente. El HTF es el mal necesario de este tipo de instalación ya que es altamente contaminante peligroso e inflamable. Además necesita una gran cantidad de equipos auxiliares, para mantener en condiciones optimas tanto su composición como el estado de la planta, tanques de expansión, sistema ullage, calderas auxiliares… etc... Cierto es que se trata de una tecnología totalmente madura, ya que su primer prototipo esta fechado en 1980, no obstante la generosa prima que establece el real decreto RD661/07 la han convertido en un elemento de producción en masa, blanco de inversiones que desarrollen su tecnología mas eficientemente y procesos de montaje producción y fabricación que abaraten las plantas. Concretamente de los 250 millones de inversión inicial que se tasaba la primera termosolar sin almacenamiento térmico en España se ha conseguido un abaratamiento de unos 70 millones de euros, convirtiendo el una realidad plausible la instalación de almacenamiento térmico en las plantas en contracción actualmente por los 250 millones de euros iniciales. 14. Conclusión