Energía Termosolar. Presión Temperatura Nivel Calibración

Transcripción

1 Energía Termosolar Presión Temperatura Nivel Calibración

2 Alexander Wiegand CEO WIKA Desde hace más de 60 años WIKA Alexander Wiegand SE & Co.KG es colaborador de prestigio y especialista competente para todos los ámbitos de la instrumentación de presión, temperatura y nivel. Tecnologías innovadoras y economías de escala se traducen en productos nuevos y soluciones integrales. La fiabilidad de sus productos y la disposición a enfrentarse a todos los retos del mercado contribuyeron a conseguir una posición líder en el mercado mundial. Unos empleados del Grupo WIKA están al servicio del progreso en la instrumentación de presión, temperatura y nivel. Más de 500 empleados con larga experiencia asesoran a sus clientes y usuarios con competencia y espiritu de colaboración. Más de 300 ingenieros y técnicos investigan por cuenta de WIKA para desarrollar nuevos productos y mejores materiales. En estrecha colaboración con prestigiososas universidades, centros de investigación y empresas del sector industrial se desarrollan soluciones adaptadas a la aplicación.

3 Contenido Oportunidades sin límites 4 Campo Solar 8 Isla de Potencia 12 Almacenamiento térmico 14 Tratamiento del Agua 16 Servicio 18 Referencias 19 Fuente de imágenes Página 6: Solar Millennium AG Página 8: Solar Millennium AG, Paul Langrock Página 9: Abengoa Página 11: 2009 NOVATEC BIOSOL AG Página 14: Solar Millennium AG Página 19: Solar Millennium, AG, fotosearch.de, Abengoa 3

4 Oportunidades sin límites wattios produce el sol y seguirá así por los próximos 5 mil millones de años. Cada 30 min llega más energía a la Tierra que el consumo total de la humanidad en 1 año. En el fondo es la fuente de la vida ya que sin ella nuestro ecosistema no existiría. El consumo de energía casi se ha triplicado en los últimos 30 años y un 80 % procede de fuentes fosiles, sobre todo del petróleo. El debate energético se centra principalmente en tres criterios fundamentales: la seguridad, la emisión de CO 2 y los costes de generación. Las ventajas de la explotación son espectaculares: Disponibilidad ilimitada Sin emisión de sustancias contaminantes Sin daños climáticos debido al efecto invernadero La reducción de las emisiones de CO 2 a la atmósfera constituye la ventaja más importante de esta tecnología. El aumento de CO 2 de aproximadamente 20 % en los últimos 40 años ha provocado el efecto invernadero con sus consecuencias nefastas sobre nuestro clima y el ecosistema del planeta. 4

5 Oportunidades sin límites La seguridad contra los fallos incontrolables es bastante mejor o igual a otras tecnologías. Sin embargo, si se refiere a la seguridad de un suministro fiable y continuo, existe la desventaja que el suministro se efectúa únicamente durante la radiación solar y se interrumpe por la noche o en días nublados con poca radiación. Para asegurar un suministro sin interrupciones se necesitan tecnologías basadas en el almacenamiento térmico. Estas tecnologías acumulan la energía durante el periodo de radiación y la ponen a disposición de la red en su ausencia. Los costes de generación de energía termosolar siguen siendo más altos que los costes de las energías convencionales. Sin embargo hay que tener en cuenta que, en cualquier comparación con las energías convencionales, en éstas últimas no se contemplan los costes externos por los daños producidos al medio ambiente. 5

6 Aptitud de ubicaciones para plantas termosolares óptimo bueno adecuado inadecuado La óptima explotación de la energía solar se realiza en el así llamado cinturón solar. En esta zona están disponibles unos kwh/m 2 /año en comparación con los kwh/año (aprox.) en Europa central. Este cinturón solar esta ubicado en regiones entre aproximadamente 40 grados de latitud norte y 40 grados de latitud sur, por ejemplo entre el sur de España y Sudáfrica. Una milésima parte de la superficie de los desiertos sería suficiente para cubrir la demanda energética exclusivamente con electricidad generada por plantas solares. Hoy por hoy existen básicamente dos tecnologías de generación de energía solar. La fotovoltáica y la termosolar. La generación de energía fotovoltaica consiste en la emisión de electrones por un dispositivo; normalmente un conjunto de láminas semiconductoras que forman un panel solar. Las aplicaciones principales con paneles solares se encuentran en dispositivos autónomos o semiautónomos como calculadoras, sensores, transmisores, satélites, baterías y en paneles montados sobre techos o en huertos solares. 6

7 Oportunidades sin límites Mientras las células fotovoltáicas transforman la radiación solar directamente en electricidad, la tecnología termosolar consiste en la concentración de la radiación solar para producir calor entre 400 y 800 C. Actualmente esta tecnología es la única en el ámbito solar que puede competir en su categoría con plantas nucleares y fósiles. Las experiencias recogidas en las plantas en España y EEUU parecen prometedoras. Según un estudio de Greenpeace y la asociación europea de energia termosolar (ESTIA)*, estas plantas pueden generar hasta el año 2040 más energía que las plantas nucleares y hidráulicas juntas. *Concentrated Solar Thermal Power - Now, Greenpeace, ESTIA, Solarpaces; Bruselas, Septiembre

8 Campo Solar Tecnología cilindro parabólica La tecnología termosolar está basada en el principio del enfoque de la radiación solar con el fin de calentar un fluido que se utiliza posteriormente para la producción de vapor y luego para la generación de energía eléctrica. Los campos solares captan la radiación solar mediante espejos especiales y las enfocan o bien a una tubería con un líquido (tecnología cilindro parabólica, reflectores Fresnel), a una torre (tecnología de torre) o a un motor (sistema Dish Stirling). Tecnología cilindro parabólica Esta tecnología utiliza espejos curvados, montados en dispositivos hidráulicos que apuntan con el ángulo óptimo al sol. En las líneas focales de estos espejos se encuentran tubos de alta eficiencia con un líquido caloportador (aceite sintético) que se calienta a temperaturas de hasta 400 C. Este aceite se desplaza mediante bombas a una serie de intercambiadores de calor para producir vapor. La expansión del vapor sometido a presión propulsa una turbina para la generación de energía eléctrica. 8

9 Campo Solar Tecnología de torre Tecnología de torre Una central de torre está compuesta por un campo de heliostatos que se posicionan automáticamente en dirección al sol para captar el máximo su radiación. Los espejos reflejan y enfocan la radiación a un receptor que se encuentra en la parte superior de una torre. El fluido a calentar puede ser aire, vapor de agua, aceite, sodio fundido o sales fundidas. Igual como en plantas convencionales el calor emitido por estos fluidos se utiliza para la generación de energía eléctrica mediante turbinas de vapor. Medida de temperatura del HTF Los aceites HTF (Heat Transfer Fluid) son aceites térmicos que pueden calentarse hasta 400 C. Pasar de esta temperatura puede provocar el crackeo del aceite y convertirlos en carburos e hidrocarburos. Estos productos reducen la capacidad de transferencia de calor. Las sondas, transmisores de temperatura y vainas de WIKA están especialmente diseñados para garantizar una medida precisa, rápida y fiable de la temperatura del HTF. De esta forma se aumenta la eficacia y la seguridad del sistema. 9

10 Dish Stirling sistema Reflectores Fresnel Sistema Dish Stirling Los sistemas Dish Stirling se aplican sobre todo para la generación descentralizada de energía eléctrica. Esta construcción utiliza espejos de diámetros entre 3 y 25 metros y puede generar una potencia hasta de 50 kw. El espejo parabólico sigue la posición del sol concentrando la radiación a un receptor montado en el punto focal del disco. En este punto focal se calienta el medio caloportador que suele ser helio o hidrógeno. Un motor Stirling convierte el calor en energía mecánica y luego mediante un generador en energía eléctrica. Reflectores Fresnel Los reflectores tipo Fresnel enfocan la radiación solar a un receptor fijo. Estos reflectores son planos y permiten una construcción de gran apertura angular y una corta distancia focal sin el peso y volumen de material en comparación con un diseño parabólico. La construcción de esta tecnología resulta más sencilla y menos costosa que cualquier otra tecnología ya que el receptor no está montado encima del espejo y no requiere sistemas hidráulicos para seguir la posición del sol. Para aumentar la eficacia cabe la posibilidad de montar varios receptores que están enfocados en función de distintas franjas horarias. 10

11 Campo Solar Planta termosolar con tecnología Fresnel en Puerto Errado (producción de vapor directo) Medida de presión HTF Para evitar la congelación del sistema HTF es necesario hacer circular el aceite de forma continua, evitando que se quede retenido. Sellos separadores de WIKA, montados a transmisores de presión o manómetros, garantizan una precisa medición de las presiones del sistema de bombeo con temperaturas de proceso de hasta 400 C. 11

12 Isla de Potencia Turbina Vapor de agua Generador Intercambiador de calor Ciclo agua-vapor La función principal del ciclo agua-vapor es transportar vapor desde la parte de la generación (sistema de intercambiadores de calor) hasta la turbina de vapor, y así retornar hasta la caldera el agua condensada. Se utiliza el vapor como fluido caloportador principalmente porque se trata de un fluido económico y accesible en casi cualquier parte. La temperatura puede ajustarse fácilmente mediante válvulas reguladores debido a la relación entre presión y temperatura. Además el vapor permite hasta una determinada distancia el transporte de un elevado volumen de energía desde el lugar de su generación hasta el lugar del consumo. Turbina de vapor Más del 70 % de la energía eléctrica generada en el mundo se produce diariamente con turbinas de vapor. Este proceso requiere un riguroso control y regulación de todo el circuito de vapor así como los sistemas auxiliares de la turbina. En el circuito de vapor y condensado, los sistemas de aceite de la turbina, la regulación de la velocidad y las extracciones de vapor requieren de instrumentación de presión, temperatura y nivel. 12

13 Isla de Potencia Medida de nivel Los distintos tanques del circuito de vapor y condensado requieren de un control de nivel robusto, fiable y en muchos casos con sistemas redundantes por cuestiones de seguridad. Los sistemas bypass tipo BNA DU-plus permiten una indicación local en combinación con una señal de salida analógica y/o contactos de alarma. Son sistemas mecánicos de bajo mantenimiento que pueden soportar temperaturas de proceso de hasta 400 C. Medida de temperatura El control de las temperaturas en la isla de potencia es fundamental para garantizar una generación de energía constante al máximo rendimiento. Las sondas de temperatura con indicadores locales con protocolo HART están integrados en el lazo de control de la planta. Las vainas para los elementos de temperatura se calculan según normativa ASME Performance Test Codes Rev

14 Almacenamiento térmico Durante el día el campo solar suministra suficiente energía para el consumo y simultáneamente el llenado del depósito de sales calientes. Durante la noche la sal caliente se bombea al tanque de sales frías pasando por un intercambiador y emite calor al fluido que a su vez produce vapor para generar energía eléctrica mediante una turbina. Sales fundidas para almacenar energía El método más moderno se basa en la aplicación de sales líquidas como medio de almacenaje en depósitos especiales. La ventaja principal de este sistema, en comparación con otros, reside en que se puede conservar el calor producido durante el día y generar electricidad durante aproximadamente ocho horas a plena capacidad durante el periódo de ausencia de radiación. En este tipo de instalación se almacenan las sales fundidas en dos tanques: uno caliente, y otro frío. Las sales se calientan por un intecambiador de calor en su trayecto hacia el tanque caliente. En caso de necesidad las sales vuelven a pasar por el intercambiador transfiriendo el calor a un aceite que alcanza temperaturas hasta 400 C. 14

15 Almacenamiento térmico Skinpoint Los tanques de sales fundidas están fabricados en acero carbono o aceros inoxidables de alta resistencia térmica. Para la monitorización de las temperaturas de los paredes en varias ubicaciones de los depósitos se utilizan sondas de temperatura tipo "skin-point". De esta forma se pueden evaluar las tensiones mecánicas inducidas por la expansión térmica del material. Multipunto Para controlar la temperatura en cualquier punto de los depósitos de sales frías y calientes, se utilizan sondas multipunto que permiten medir la temperatura a diferentes alturas. Son adecuados para la medida de temperatura en distintas ubicaciones de los depósitos frios de sal calientes. De esta forma se evita que las sales lleguen al punto de congelación (aprox. 250 C) calentándolas con resistencias eléctricas situadas en el cuerpo del tanque. 15

16 Tratamiento del agua Las zonas geográficas con mayor radiación solar suelen coincidir con aquellas con mayor escasez de agua. Una instalación termosolar con tecnología parabólica requiere de unos litros por cada MWh producido, y una con tecnología de torre unos litros por MWh. La mayor parte del agua se utiliza para el sistema de refrigeración húmedo. Las instalaciones con tecnología de disco Stirling son las más ahorradoras con un consumo de tan solo 80 litros por MWh. Una central requiere para su funcionamiento de cuatro tipos de agua diferente: filtrada, osmotizada, desmineralizada y potable. El agua filtrada se utiliza para las torres de refrigeración, para el agua de servicios y para el sistema contraincendios. El agua osmotizada se utiliza para la limpieza de los espejos parabólicos o los helióstatos, en función del tipo de tecnología. El agua desmineralizada se aplica en el sistema cerrado de agua para el enfriamento. 16

17 Tratamiento del Agua Transmisores de presión En las plantas de tratamiento de agua se utilizan transmisores de presión de WIKA en diferentes fases de proceso. El agua que proviene de un acuífero contiene una gran cantidad de partículas sólidas y lodo que podrían obstruir el orificio de entrada del instrumento. Por esta razón se utilizan conexiones a proceso con membrana aflorante o sello separador. 17

18 Servicio Formación y asesoramiento Calibración La fiabilidad y repetitividad de los instrumentos son clave para el correcto y eficaz funcionamiento de las plantas termosolares. La calibración periódica de los equipos resulta un factor importante para asegurar el correcto funcionamiento de la planta. Además de la fabricación de instrumentos y gracias a los conocimientos y la experiencia de nuestro equipo, ofrecemos el servicio de formación en campo o en nuestras instalaciones. En los cursos de formación transmitimos a los operadores de la planta nuestros conocimientos y el correcto uso de la instrumentación de presión, temperatura y nivel. WIKA dispone de laboratorios de calibración con acreditación ENAC para presión y temperatura y podemos ofrecer el servicio de calibración en campo. Además ofrecemos una amplia gama de equipos de calibración portátiles o de mesa para el uso en laboratorios. Asistencia Puesta en Marcha La correcta instalación y puesta en marcha de los equipos son la garantía de un funcionamiento fiable. Disponemos de personal cualificado y experto que le asesora en la puesta en marcha de su instrumentación. 18

19 Referencias Proyectos realizados España: ANDASOL I, Guadix ANDASOL II, Guadix ANDASOL III, Aldeire ASTE-1A, Alcázar de San Juan ASTE-1B, Alcázar de San Juan ASTEXOL II, Badajoz EXTRESOL I, Torres St. Miguel EXTRESOL II, Torres St. Miguel EXTRESOL III, Torres St. Miguel GEMASOLAR, Fuentes HELIOENERGY I, Écija HELIOENERGY II, Écija HELIOS I, Arenas de San Juan HELIOS II, Arenas de San Juan IBERSOL, Puertollano LA AFRICANA, Palma del Río LEBRIJA, Sevilla MAJADAS, Majadas del Tietar MANCHASOL I, Ciudad Real MANCHASOL II, Ciudad Real MORON, Sevilla OLIVENZA, Olivenza ORELLANA, Orellana la Vieja PALMA DEL RIO I, Córdoba PALMA DEL RIO II, Córdoba PS 10, Sanlúcar la Mayor PS 20, Sanlúcar la Mayor PUENTE ERRADO II, Calasparra SAMCASOL I, La Dehesa SAMCASOL II, La Dehesa SOLABEN II, Logrosán SOLABEN III, Logrosán SOLACOR I, Córdoba SOLACOR II, Córdoba SOLNOVA I, Sanlúcar SOLNOVA III, Sanlúcar SOLNOVA IV, Sanlúcar SOLUZ GUZMAN, Palma del Río TERMOSOL I, Navalvillar de Pela TERMOSOL II, Navalvillar de Pela VALLE I, San José, Cádiz VALLE II, San José, Cádiz Otros países: BENI MATHAR, Marruecos COALINGA, Estados Unidos GENESIS, Estados Unidos HASSI R MEL, Argelia KURAYMAT, Egipto SHAMS, Emiratos Árabes Unidos SOLANA, Estados Unidos 19

20 WIKA en el mundo Europe Austria WIKA Messgerätevertrieb Ursula Wiegand GmbH & Co. KG Perfektastr Vienna Tel Fax: info@wika.at Belarus WIKA Belrus Ul. Zaharova 50B, Office 3H Minsk Tel Fax: info@wika.by Benelux WIKA Benelux Industrial estate De Berk Newtonweg WX Echt Tel Fax: info@wika.nl Bulgaria WIKA Bulgaria EOOD Akad.Ivan Geshov Blvd. 2E Business Center Serdika, office 3/ Sofia Tel Fax: info@wika.bg Croatia WIKA Croatia d.o.o. Hrastovicka Zagreb-Lucko Tel Fax: info@wika.hr Finland WIKA Finland Oy Melkonkatu Helsinki Tel Fax: info@wika.fi France WIKA Instruments s.a.r.l. Parc d Affaires des Bellevues 8 rue Rosa Luxembourg Eragny-sur-Oise Tel Fax: info@wika.fr Germany WIKA Alexander Wiegand SE & Co. KG Alexander-Wiegand-Str Klingenberg Tel Fax: info@wika.de Italy WIKA Italia S.r.l. & C. S.a.s. Via G. Marconi Arese (Milano) Tel Fax: info@wika.it Poland WIKA Polska spółka z ograniczoną odpowiedzialnością sp. k. Ul. Legska 29/ Wloclawek Tel Fax: info@wikapolska.pl Romania WIKA Instruments Romania S.R.L Bucuresti Calea Rahovei Nr Corp 61, Etaj 1 Tel Fax: m.anghel@wika.ro Russia ZAO WIKA MERA Wjatskaya Str. 27, Building 17 Office 205/ Moscow Tel Fax: info@wika.ru Serbia WIKA Merna Tehnika d.o.o. Sime Solaje Beograd Tel Fax: info@wika.rs Spain Instrumentos WIKA S.A.U. C/Josep Carner, Sabadell Barcelona Tel Fax: info@wika.es Switzerland MANOMETER AG Industriestrasse Hitzkirch Tel Fax: info@manometer.ch Turkey WIKA Instruments Istanbul Basinc ve Sicaklik Ölcme Cihazlari Ith. Ihr. ve Tic. Ltd. Sti. Bayraktar Bulvari No Yukari Dudullu - Istanbul Tel Fax: info@wika.com.tr Ukraine TOV WIKA Prylad M. Raskovoy Str. 11, A PO Kyiv Tel Fax: info@wika.ua United Kingdom WIKA Instruments Ltd Merstham, Redhill RH13LG Tel Fax: info@wika.co.uk North America Canada WIKA Instruments Ltd. Head Office 3103 Parsons Road Edmonton, Alberta, T6N 1C8 Tel Fax: info@wika.ca Mexico Instrumentos WIKA Mexico S.A. de C.V. Viena 20 Ofna 301 Col. Juarez, Del. Cuauthemoc Mexico D.F. Tel Fax: ventas@wika.com USA WIKA Instrument, LP 1000 Wiegand Boulevard Lawrenceville, GA Tel Fax: info@wika.com WIKA Process Solutions, LP. 950 Hall Court Deer Park, TX Tel Fax: info@wikahouston.com Mensor Corporation 201 Barnes Drive San Marcos, TX Tel Fax: sales@mensor.com Latin America Argentina WIKA Argentina S.A. Gral. Lavalle 3568 (B1603AUH) Villa Martelli Buenos Aires Tel Fax: info@wika.com.ar Brazil WIKA do Brasil Ind. e Com. Ltda. Av. Ursula Wiegand, 03 CEP Iperó - SP Tel Fax: vendas@wika.de Chile WIKA Chile S.p.A. Av. Coronel Pereira 72 Oficina 101 Las Condes - Santiago de Chile Tel info@wika.cl Colombia Instrumentos WIKA Colombia S.A.S. Dorado Plaza, Avenida Calle 26 No. 85D 55 Local 126 y 126 A Bogotá Colombia Tel info@wika.co Asia Azerbaijan WIKA Azerbaijan LLC Caspian Business Center 9th floor 40 J.Jabbarli str. AZ1065 Baku Tel Fax: info@wika.az China WIKA Instrumentation Suzhou Co., Ltd. 81, Ta Yuan Road, SND Suzhou Tel Fax: info@wika.cn www. wika.com.cn India WIKA Instruments India Pvt. Ltd. Village Kesnand, Wagholi Pune Tel Fax: sales@wika.co.in Iran WIKA Instrumentation Pars Kish (KFZ) Ltd. Apt. 307, 3rd Floor 8-12 Vanak St., Vanak Sq., Tehran Tel Fax: info@wika.ir Japan WIKA Japan K. K. MG Shibaura Bldg. 6F 1-8-4, Shibaura, Minato-ku Tokyo Tel Fax: info@wika.co.jp Kazakhstan TOO WIKA Kazakhstan Raimbekstr. 169, 3rd floor Almaty Tel Fax: info@wika.kz Korea WIKA Korea Ltd Gasan-dong, Kumcheon-gu Seoul Tel Fax: info@wika.co.kr Malaysia WIKA Instrumentation M Sdn. Bhd. No. 27 & 29 Jalan Puteri 5/20 Bandar Puteri Puchong Puchong, Selangor Tel Fax: info@wika.com.my Philippines WIKA Instruments Philippines, Inc. Unit 102 Skyway Twin Towers 351 Capt. Henry Javier St. Bgy. Oranbo, Pasig City 1600 Tel Fax: info@wika.com.ph Singapore WIKA Instrumentation Pte. Ltd. 13 Kian Teck Crescent Singapore Tel Fax: info@wika.com.sg Taiwan WIKA Instrumentation Taiwan Ltd. Min-Tsu Road, Pinjen Taoyuan Tel Fax: info@wika.com.tw Thailand WIKA Instrumentation Corporation (Thailand) Co., Ltd. 850/7 Ladkrabang Road, Ladkrabang Bangkok Tel Fax: info@wika.co.th Africa / Middle East Egypt WIKA Near East Ltd. Villa No. 6, Mohamed Fahmy Elmohdar St. - of Eltayaran St. 1st District - Nasr City - Cairo Tel Fax: info@wika.com.eg Namibia WIKA Instruments Namibia Pty Ltd. P.O. Box Pionierspark Windhoek Tel Fax: info@wika.com.na South Africa WIKA Instruments Pty. Ltd. Chilvers Street, Denver Johannesburg, 2094 Tel Fax: sales@wika.co.za United Arab Emirates WIKA Middle East FZE Warehouse No. RB08JB02 P.O. Box Jebel Ali, Dubai Tel Fax: info@wika.ae Australia Australia WIKA Australia Pty. Ltd. Unit K, South Street Rydalmere, NSW 2116 Tel Fax: sales@wika.com.au New Zealand WIKA Instruments Limited Unit 7 / 49 Sainsbury Road St Lukes - Auckland 1025 Tel Fax: info@wika.co.nz Instrumentos WIKA S.A.U. C/Josep Carner, Sabadell Barcelona Tel Fax: info@wika.es 09/2013 E based on 09/2013 D