Opciones de enfriamiento para la CSP: soluciones alternativas para la escasez de agua

CSP Today habla con Babul Patel, principal asesor de Nexant Inc., sobre la implicación económica de las opciones de enfriamiento en las centrales y sobre cómo organizar las plantas de manera efectiva de acuerdo con las crecientes y rigurosas restricciones de agua. 

CSP Today: En estos momentos, para los desarrolladores de CSP ¿cuál es la mejor opción para tratar el asunto de la escasez de agua?

Babul Patel: En cuanto a la planificación de la CSP, el mayor problema son los recursos hídricos, dado que la mayor parte de las centrales CSP están situadas en zonas áridas. Los permisos y los proyectos se basan en el acceso y el uso planeado del agua. Así que la disponibilidad de recursos hídricos puede ser un factor limitante.

Esto ha conducido a las empresas a buscar otras alternativas para el equilibrio de la planta y el enfriamiento del ciclo Rankine (vapor).

Con el enfriamiento en seco un condensador de refrigeración de aire elimina el 90% de los requisitos de agua, dado que el principal uso es preparar agua para las pérdidas producidas en el enfriamiento de la torre.

CSP Today: ¿Qué impacto tiene el enfriamiento en seco en la eficacia operativa de la tecnología de la torre y del concentrador?

Babul Patel: El inconveniente de los condensadores de enfriamiento de aire es que en los días calurosos, una actuación muy pobre de dichos condensadores afecta a la eficacia y a la producción de la turbina durante un periodo en el que se esperaría que estuviera operando a una eficacia mayor. Tanto en la tecnología de la torre como del concentrador, la temperatura de condensación del gas de la turbina depende de las condiciones ambientales. Para la torre con enfriamiento húmedo, es la temperatura de bulbo húmedo, mientras que para el condensador de refrigerado por aire es la temperatura de bulbo seco.

Así que en los días calurosos, cuando la demanda energética es muy alta, la turbina está funcionando a una capacidad y eficacia reducida.

CSP Today: ¿Cuáles son los beneficios económicos del enfriamiento en seco en cuanto al húmedo?

Babul Patel: Para el enfriamiento en seco, los gastos de capital son mayores que en las torres de enfriamiento de tiro mecánico pero los costes operativos son menores porque no se trabaja con agua, el tratamiento de agua y el vertido del agua residual.

Los costes de mantenimiento no son tan importantes en comparación con los gastos de capital. En el pasado, calculamos que el enfriamiento de aire costaba 2.5 veces el de las torres de enfriamiento de tiro mecánico.

CSP Today: ¿Hay posibilidades de que esos costes disminuyan?

Babul Patel: No muchas. La mayor parte del gasto corresponde al coste total de material. Una torre de enfriamiento en una planta CSP de 100-200 MW puede ocupar tanto como un campo de fútbol. Necesitas suministrar tal cantidad de superficie que no hay manera de recortar el coste material.

Se están llevando a cabo algunas innovaciones para mejorar la estructura mediante el uso de estructuras de apoyo mínimas. Mientras aprendemos más sobre la distribución y la estructura hay algunos ahorros de costes, pero son minúsculos en comparación con los costes materiales que dependen de los precios de las materias primas.

CSP Today: ¿Qué otras opciones de enfriamiento pueden ser viables?

Babul Patel: Los ingenieros están estudiando varias opciones. Una es el sistema híbrido de enfriamiento que usa una capacidad del 25% de la torre de enfriamiento húmedo y el 100% de la capacidad de enfriamiento en seco. En el caso híbrido, parte del vapor de la turbina vuelve a la torre de enfriamiento húmedo cuando la temperatura ambiental sube.

Esta opción mejora la eficacia si se compara con un 100% de la torre de enfriamiento en seco, y con pequeñas perdidas de capacidad. La torre de refrigeración húmeda sólo se utiliza en días calurosos así que se usaría sólo el 10% del agua que requiere normalmente una torre de refrigeración húmeda, dado que sólo se estaría usando una pocas cientos de horas al año cuando la temperatura alcanza los máximos valores.

Los condensadores de enfriamiento de aire seco ven pérdidas de eficacia a cerca de 90ºF/32ºC de temperatura ambiente durante alrededor de 40-60 días al año. Este es el momento en que se aprovecharía el sistema de enfriamiento húmedo.

CSP Today: Pero esto no resuelve los problemas de desembolso de gastos de capital.

Babul Patel: No. Todavía hay que hacer frente al desembolso de los gastos de capital.

CSP Today: Dado que el agua es un factor tan restringido, es probable que en el futuro veamos más desarrolladores inclinándose hacia las tecnologías del ciclo orgánico de Rankine?

Babul Patel: El ciclo orgánico de Rankine es otro sistema de funcionamiento a baja temperatura cuya base es un componente orgánico que utiliza el vapor de escape de la turbina para vaporizar el fluido orgánico que es usado en otro ciclo de turbina. Funciona a una temperatura menor pero reduce la carga de enfriamiento de la planta combinada hasta dos tercios si se compara con un sistema convencional.

Toma el vapor de escape del ciclo Rankine y lo usa para mover un fluido orgánico. Es una tecnología bien estudiada (se ha usado en plantas geotérmicas durante años), así que la gente está pensando "¿Por qué no aplicarlo a las plantas CSP?”

Efectivamente se podría aplicar el ciclo orgánico de Rankine en un sistema existente para incrementar la generación energética de la planta y reducir los requisitos de enfriamiento.

CSP Today: ¿Qué impacto tendría la aplicación de este ciclo en los costes generales del proyecto?

Babul Patel: En las plantas CSP, el factor de capacidad es bajo, está cerca del 20-25%. Y la inversión de capital añadida para algo que se usa sólo en pequeña cantidad del tiempo significa que la devolución de la inversión no es atractiva.

La solución mejoraría la eficacia general de la planta CSP y reduciría su carga de enfriamiento.

Pero, en realidad, nadie ha hecho esto anteriormente así que no está claro cuál sería el coste adicional.

CSP Today: ¿Cómo se evalúa el uso de agua residual para enfriamiento? ¿Sería esta opción viable?

Babul Patel: El agua residual es una opción viable que está considerándose en varios desarrollos en California y Arizona.

Es difícil explotarlo, a no ser que la planta esté situada cerca de una gran comunidad. En el suroeste de los EEUU, el centro de carga y el recurso CSP están bastante próximos. Por otro lado, en el norte de África la mayoría de los sitios propuestos están a 50-100 millas de la región costera pero la mayor parte de la población está situada cerca de la costa. Así que estos lugares no tienen acceso al agua municipal.

Por lo tanto, es una opción económica, pero tienes que tener un buen recurso para estar situado cerca de un centro de población que genere un volumen de agua residual lo suficientemente grande.

CSP Today: ¿Qué hay sobre los costes de desarrollo de infraestructuras requeridos para tratar y transportar el agua residual y cómo encaja esto en los costes generales del proyecto?

Babul Patel: Los costes son razonables. Aquí en los EEUU el municipio es responsable del tratamiento y la disposición del agua residual. Tienen un coste en sus manos para el cual estarían contentos de encontrar un usuario final.

Los gastos del tratamiento no son tan importantes, y si se puede situar la central CSP unos pocos kilómetros más lejos, los costes de canalización tampoco serían relevantes.

Un problema clave con el uso del agua es su coste. En el suroeste de los EEUU la gente toma conciencia del hecho de que el agua es un recurso muy valioso y no es conveniente verla evaporarse en un proceso de refrigeración. Se está poniendo cada vez más difícil extraer agua subterránea para la CSP.

CSP Today: ¿Qué impacto tiene la restricción de vertidos de agua en los costes y cómo pueden los operadores de las plantas mitigar algunos de estos gastos?

Babul Patel: La mayor parte de las plantas energéticas tienden a no verter agua, la tratan y la reúsan, lo que suma unos gastos importantes de capital y de mantenimiento. Así que hay una necesidad para minimizar el consumo de agua.

Hemos empezado a ver muchas plantas convencionales nuevas (ciclo combinado y carbón) que permiten una emisión cero de líquidos (agua) o una descarga cero de líquidos (ZLD, por sus siglas en inglés) y también hay quien ha visto un incremento en sus costes de mantenimiento para lograr no desperdiciar agua. Los desarrolladores se ven obligados a tratar esto en la fase de diseño-construcción.

Las plantas ya permitidas pueden tener un momento fácil, pero después igual no disfrutan de una vida útil de 30 años ya que ningún de los reguladores de tiempo dados podrían revocar el permiso según las bases de las nuevas regulaciones.

Para más información sobre Babul Patel, no te pierdas la Conferencia y exposición de optimización de CSP de los EEUU que tendrá lugar el próximo mes de octubre en Denver.

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Rikki Stancich: rstancich@csptoday.com

 

 

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