Visión Ejecutiva

Gran avance en tecnología: Generación directa de vapor para colectores parabólicos

15 de julio 2010

CSP Today habla con Oğuz Çapan, director general de Hittite Solar Enerji, sobre los avances en la aplicación de generación directa de vapor para colectores parabólicos y sobre por qué Turquía es un mercado que no debería ignorarse.

Por Rikki Stancich, en París

Replanteándose la estructura de apoyo convencional para los colectores parabólicos, la compañía ha conseguido retirar de la ecuación los fluidos de transmisión de calor y los ha remplazado por generación directa de vapor.

CSP Today habla con el hombre que está detrás de esta tecnología para aprender más sobre este nuevo diseño: Oğuz Çapan, director general de Hittite Solar Enerji y un veterano en la industria petrolera.

CSP Today: Hittite Solar Enerji ha desarrollado un sistema termosolar que implica colectores parabólicos que usan tecnología de generación directa de vapor. ¿Puede explicarnos cómo funciona?

Oğuz Çapan: Cuando miré la tecnología de colectores parabólicos desde la perspectiva de una persona completamente ajena, como antiguo ingeniero diseñador de plantas de yacimientos petrolíferos y de conductos, vi que algunas cosas muy básicas no estaban bien hechas. Además, los sistemas existentes no podían manejar la generación directa de vapor y entonces estaban limitados a usar fluidos de transmisión del calor.

El principal problema era que el sistema receptor estaba girando en el aire, lo que significaba que había piezas móviles (mangueras flexibles, uniones de rodamiento, etc.) que conectaban el receptor que gira con los conductos fijos situados en el suelo.

En cambio, ¿por qué no mantener los receptores fijos como los conductos de vapor a alta presión en las centrales energéticas, yacimientos petroquímicos, etc.? Cuando decidimos mantener el receptor estable, permitió una estructura de apoyo completamente diferente para el colector parabólico.

Diseñamos un sistema de apoyo semicircular (en vez de postes), que tiene un receptor fijo en los ejes de rotación del colector parabólico (concretamente el centro del apoyo semicircular). Cuando el semicírculo rota, el receptor permanece fijo porque está en el centro.  

Esto resolvió el problema de presión causado por las uniones flexibles y las piezas móviles, y así podíamos lograr generación directa de vapor a altas presiones y temperaturas.

CSP Today: ¿Cuál es la ventaja de tener receptores fijos, en cuanto a eficacia operativa, operación y mantenimiento, y costes?

Oğuz Çapan: El principal propósito de los campos de colectores parabólicos es generar vapor para hacer funcionar la turbina. Si no se puede llevar a cabo la generación directa de vapor, hay que usar un fluido de transmisión del calor.

La desventaja de esto es que para generar vapor tienes que llevar el aceite caliente a la estación central y dirigirlo a través del intercambiador de calor . El vapor provoca una pérdida de rendimiento del 15%-20% porque el que se genera atraviesa dos fases, y cada una de ellas provoca una pérdida de rendimiento.

La generación directa de vapor elimina la necesidad de un fluido de transmisión del calor y los costes de un intercambiador de calor, así que hay tres ventajas principales: Reducción de costes, incrementación de la eficiencia termodinámica y disminución de los costes operativos y de mantenimiento.

Esto representa un ahorro considerable. Para girar la estructura del colector parabólico usando menos fuerza, se nos ocurrió colocar un contrapeso en la parte alta del receptor que permite que el centro de gravedad del sistema esté alineado con el receptor, esto facilita el giro que los sistemas hidráulicos usan actualmente.

Esto rebaja los costes de proporcionar energía para girar la hidráulica, que es más caro. Así que usamos pequeños motores eléctricos que son más baratos que una enorme red de conductos hidráulicos de alta presión. Los motores eléctricos también permiten un seguimiento solar mucho más preciso que el de los pistones hidráulicos, algo importantísimo para la energía solar de concentración.

Otro punto clave es que al mantener el receptor fijo, usamos tuberías verticales, como en las refinerías tradicionales, en vez de usar un número de separadores de alta presión situados en el suelo para separar el agua del vapor con el objetivo de proteger la turbina.

Usando tuberías verticales, eliminamos el coste de usar vasos separadores de alta presión, válvulas, bombas y otros componentes relacionados.

Creemos que haciéndolo de este modo, podemos reducir los costes alrededor del 20%.

CSP Today: El sistema de generación directa de vapor de Hittite Solar Enerji hasta el momento ha sido probado en tres programas pilotos consecutivos en Turquía (10kW, 30kW, 200kW vapor equivalente) ¿Cuál es la temperatura óptima de operación de esta tecnología?

Oğuz Çapan: Hay limitaciones de temperatura cuando usamos aceite como fluido de transmisión del calor, y las sales fundidas también presentan inconvenientes.

En mi opinión, la generación directa de vapor con estructura fija, las bridas soldadas (similares a las usadas en plantas petroquímicas) eliminan el problema de la presión. Eliminando las limitaciones que presenta la presión, se puede incrementar la temperatura a los límites de los colectores parabólicos.

Hasta el momento, hemos alcanzado los 420ºC y estoy seguro de que lograremos los 500ºC en un futuro próximo.

Desde que hemos solucionado el problema de la presión, podemos incrementar la temperatura más allá de lo que había sido posible hasta el momento.

CSP Today: ¿Cuál es el tamaño óptimo para una central que use esta tecnología?

Oğuz Çapan: Actualmente estamos trabajando en una propuesta de un proyecto de 50 MW en Turquía, estamos preparando los documentos. Pero no tenemos pensado instalar los 50 MW desde el principio. Empezaremos con una unidad de 500 kw, que está diseñada para que forme parte de la central de 50 MW.

Ya hemos tenido reuniones interesantes con la empresa TriState y con el Laboratorio Nacional de Energías Renovables de EEUU (NREL, por sus siglas en inglés), para estudiar cómo podemos colaborar para desarrollar un sistema en los EEUU. Es importante tener una tercera parte cualificada e independiente para llevar a cabo las pruebas y NREL y el Instituto de Investigación de Energía Eléctrica (EPRI, por sus sigas en inglés) cumplen este papel.

CSP Today: ¿Esta tecnología es modular?

Oğuz Çapan: La unidad estándar es de 48 metros con una apertura de 6 metros. Así que sí es modular.

 CSP Today: ¿La tecnología de Hittite Solar Enerji reúne los requisitos de financiación en los EEUU?

Oğuz Çapan: Estaríamos cualificados para un número de planes de apoyo financiero. Personalmente, creo que la situación de la energía ahora es bastante crítica (teniendo en cuenta la significante e inminente disminución en la producción de petróleo, como antiguo hombre del petróleo, creo firmemente que la "cima del petróleo" está a la vuelta de la esquina. (Puede ver mi presentación Peak Oil aquí, en inglés).

Debido a la urgencia de la situación energética, en el plazo de un año es probable que las actitudes cambien drásticamente y los proyectos de energía renovable no sabrán cómo financiarse.

CSP Today: Hittite Solar Enerji todavía está en conversaciones con varios jugadores destacados. ¿En qué mercados os centraréis en un principio y con qué escala de tecnología? ¿Es modular?

Oğuz Çapan: Turquía es un mercado importante, importa un 95% de petróleo y de gas y tiene una infraestructura industrial de rápido crecimiento para sostener.

El norte de África y el concepto de Desertec son importantes. India y China. Y el Medio Oriente también es interesante, incluso si no tiene un problema energético inmediato.

CSP Today: Se te ha ocurrido una solución para reforzar los espejos parabólicos, resolver algunos asuntos de durabilidad. ¿Puede explicárnoslo, por favor?

Oğuz Çapan: Los espejos son una parte importante del sistema, en vez de espejos de vidrio fabricado especialmente, usamos delgadas tiras de espejos planos colocados en la superficie parabólica. El resultado es tan fuerte que los trabajadores pueden andar sobre los espejos sin romperlos. Esto también ha eliminado el alto coste en grandes espejos de cristal parabólicos fabricados de manera especial.

La rotura es un punto importante; con los fuertes vientos, los grandes paneles de vidrio curvado son susceptibles de romperse. En este aspecto, hemos eliminado una gran parte de los costes relacionados con la sustitución de espejos.

CSP Today: ¿Cómo actúa el reflectante en comparación con los espejos de vidrio curvado y cuál es la tasa de degradación (del adhesivo, por ejemplo)?

Oğuz Çapan: el índice de reflexión de superficies planas, en física, es mayor que el de las superficies curvas. De hecho, había un profesor de física del Instituto Tecnológico de Massachusetts que señaló que el índice de reflexión de nuestros colectores parabólicos era mucho mejor que el de aquellos que usan vidrio curvado.

Hemos usado pegamento 3M, que tiene una vida ilimitada en condiciones atmosféricas abiertas. En términos de degradación del vidrio, bueno, el vidrio es vidrio, ya esté fabricado de manera especial o no. Por supuesto también es importante que el pegamento que usamos aísle el forro de plata de los paneles de espejos de vidrio plano de la atmósfera, previniendo cualquier daño.

CSP Today: Hittite Solar Enerji también ha desarrollado una tecnología de desalinización en circuito cerrado. ¿Cómo de fácil es que esto se aplique a los generadores de energía y cuáles son las ventajas ambientales en comparación con otras tecnologías de desalinización ahí fuera?

Oğuz Çapan: Nuestra tecnología de desalinización ganó el premio Competencia Mundial de Mercados de Desarrollo 2006 (con una dotación de 143,014.25 €) organizado por el Banco Mundial y la Fundación Bill Gates.

Opera a una temperatura baja y tira el calor residual. Hemos combinado la unidad de desalinización con el sistema de colectores parabólicos, pero de hecho puede ser aplicado en cualquier sistema que produzca calor residual.

Instalamos una unidad de desalinización con capacidad para 100litros/hora en la emisión de vapor de nuestra unidad piloto de colector solar parabólico de 30 kW para probar su efectividad. También hicimos un estudio para usar el calor residual en unidades de aire acondicionado centralizado de un hotel situado en la costa mediterránea de Turquía y vimos que proporcionaría del mar el 100% de los requisitos de agua del hotel.

La ventaja ambiental es que no vierte el agua caliente, como hacen otros sistemas. En cambio, reusamos el agua caliente para el sistema termosolar, en este sentido el circuito cerrado de agua resuelve los asuntos ambientales que rodean a las plantas tradicionales de desalinización.

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Rikki Stancich: rstancich@gmail.com