GENERACIÓN SOLAR TERMOELÉCTRICA GESTE 2010

Transcripción

1 1 ra. Jornada técnica de GENERACIÓN SOLAR TERMOELÉCTRICA GESTE 2010 Estado actual y perspectivas de futuro Leganés, 4 de noviembre de Organización: Edgardo D. Castronuovo, Julio Usaola García e Ismael Sánchez Rodríguez-Morcillo. Universidad Carlos III de Madrid. Mayores informaciones: Edgardo D. Castronuovo, castronuovo@ieee.org

2 Innovaciones tecnológicas en el sector 1ra. Jornada técnica de GENERACIÓN SOLAR TERMOELÉCTRICA GESTE 2010 Estado actual y perspectivas de futuro 4 de noviembre de 2010 Universidad Carlos III de Madrid Manuel Romero Director Adjunto IMDEA Energía Móstoles Silvi, C. The unknown or overlooked work of italian solar energy pioneer Giovanni Francia ( ).GSES (Gruppo per la storia dell energia solare)

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4 La energía solar termoeléctrica en el mundo Fuente: Photon International (Diciembre 2009) -España: 831 MW conectados a red a finales de Permisos asignados por MW hasta Prevision de alcanzar MW en USA: MW en construcción actualmente. Previsiones de MW en 2020.

5 El coste For large, state-of-the-art trough plants, current investment costs are USD 4.2/W to USD 8.4/W

6 FV hace la tarea Average selling prices 2009 from 2008 Thin-film fell 45% from US$3.00/Wp to US$1.65/Wp; Cell fell 60% from US$3.20/Wp to US$1.26/Wp; Module for large quantity buyers (typically 50 MWp to over 100 MWp a year) fell 33% from US$3.25/Wp to US$2.18/Wp; Module for mid-level buyers (typically 10 MWp to over 25 MWp per year) fell 23% from US$3.65/Wp to US$2.82/Wp; Module for small quantity buyers fell 27% from US$5.02/Wp to US$3.68/Wp.

7 España: un monocultivo tecnológico Distribución tecnologías en 2013 (2.5 GW) Distribución tecnologías en 2020 (8.1 GW)

8 Limitaciones de las primeras plantas comerciales Generación eléctrica centralizada en grandes turbinas de hasta 50 MW (ocupación típica de terreno > 1 km 2 ) No integrables en entornos urbanos o terrenos constreñidos. Bajas concentraciones solares y bajas temperaturas (< 400ºC) que dan lugar a eficiencias modestas. Alto consumo de agua para refrigeración (de 0,5 a 1 millón de metros cúbicos de agua por año y por planta). Temperatura insuficiente para producir combustibles solares (hidrógeno, gasolinas sintéticas, etc.) Extresol 1 and 2 (ACS/Cobra) Puertollano 50 MW (Iberdrola Renovables) PS10 and PS20 (Abengoa Solar)

9 La nueva entrada en el mercado (Por donde van los tiros) Primera generación de plantas Objetivo prioritario: Fiabilidad operacional (SEGS-Revisitado) Ciertas innovaciones aflorando ya: 1) La generación directa de vapor (PS10 y GDV) 2) Grandes sistemas de almacenamiento térmico (Configuración tipo Andasol ) 3) Uso de fluidos alternativos, como las sales fundidas (Gemasolar) 4) Uso de concentradores lineales por reflexión tipo Fresnel (Novatec-Biosol)

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11 Heat storage: Essential to become dispatchable 2-tank molten salt storage for central receiver plants. Thermocline pebble bed. Sand or mobile solid material for air and particle receivers PCM/ fins storage for saturated water/steam

12 Current R+D activities related to Trough Technology 200 kwht prototype of PCM storage system designed and manufactured in the DISTOR project 2x350 kwh prototype of concrete storage system installed and tested at the PSA

13 Heliostats: Can innovations lower costs? 30% cost reduction through: Ganged heliostats (>400 m2) Megahelio with carousel (>200 m2) Structurally integrated reflectors (GFRP, hollow extruded polymers) Wireless/PV autonomous heliostat PSA-CIEMAT Abengoa

14 Receivers: More compact, durable and efficient (Efficiency > 85%) Temperature (ºC) Volumetric Future developments Tubular external Tubular cavity Next generation Current Peak flux on aperture (kw/m2) Volumetric Molten salt Water-steam 0 Trough linear n Water-steam need to develop super-heating at high solar flux Pressure (bar) Operational range for different solar receivers (Source: A. Kribus) n n n n Volumetric should improve volumetric effect without penalizing fluid-dynamics and flux profile flexibility. Molten salt should demonstrate long-term availability and increase peak flux Particle receivers and falling films still to pass feasibility phase. All should accumulate operational experience and long-term endurance tests.

15 Small Solar Power Systems: Pequeños sistemas de receptor central HOY Diseños conservadores de primera generación SOLGEMAC Eficiencia (alta temperatura-alto flujo) Gestionabilidad (almacenamiento /hibrido) Modularidad/integrable (pequeño tamaño) Impacto ambiental (consumo de agua) Combustibles solares Aprovechamiento Térmico de la Energía Solar de manera Gestionable, Eficiente y Modular en Sistemas de Alta Concentración Temperatura 500 ºC 1000 ºC 1500 ºC Receptores Agua/vapor Receptores Aceite Ciclo Brayton Precalentamiento aire Receptores Sodio Receptores metálicos aire Receptores Sales nitrosas Ciclo Rankine Calentamiento de vapor Calentamiento de vapor Calentamiento aire Motores Stirling solarizados Calentamiento aire Ciclo Rankine Calentamiento de vapor Actualidad Ciclo Brayton Calentamiento aire Receptores cerámicos Baja presión Alta temperatura Disco Stirling Combustibles y química Ciclo Brayton Calentamiento aire Receptores cerámicos Alta presión Alta temperatura Receptores Partículas sólidas Conceptos tecnológicos ACTUALES Conceptos tecnológicos AVANZADOS

16 Esquemas modulares Funcionamiento modular en unidades kW. Posibilidad de implantación distribuida en forma de agrupaciones. Menores exigencias de superficie y orografía del terreno. Utilizan microturbinas y no requieren agua. Reducidos tiempos de puesta en marcha. Funcionamiento híbrido con aire como fluido caloportador y/o distintos tipos de combustibles: biogás, biomasa, fuel, etcétera. Muy altas concentraciones, válidas para producción de combustibles solares y procesos químicos.

17 La nueva generación de plantas modulares Multitower arrays

18 Integración de mini-torres en entornos urbanos El sueño de la solar termoeléctrica en Madrid? Mills D.R., Schramek P., (1999). Multi Tower Solar Array (MTSA) with ganged heliostats. Journal de Physique IV. Pr3, Schramek P., Mills D., (2003) Multi Tower Solar Array, Solar Energy, 75,