El Mantenimiento en plantas de energía solar térmica Autores: César Díaz Aller Gabriel Frieros Ferrero
Energía solar termoeléctrica. Mediante diferente tipos de concentradores solares, - receptor central, colectores cilindro parabólicos y discos parabólicos -, se eleva la temperatura de un fluido caloportador para accionar turbinas de vapor, de gas o motores de pistón y generar electricidad o una combinación de calor y electricidad.
Tecnología de receptor central Centrales solares, de tecnología de torre, PS 10 y PS20, en Sanlúcar la Mayor, de 10 y 20 MWe respectivamente, ambas en operación comercial.
Tecnología de receptor central. La luz solar es reflejada por los helióstatos en el receptor central. Se vaporiza agua y se produce vapor saturado que se turbina en un turbo-grupo para producir energía eléctrica.
Receptor solar de la planta PS 10.
Helióstato Sanlúcar 120. Concentrador solar de 120 m 2 de superficie, de seguimiento en dos ejes, desarrollado por Abengoa Solar NT, es el utilizado en las plantas solares PS 10 y PS 20.
Tres campos de actuación del mantenimiento: Campo solar Bloque de potencia y servicios. Sistema de control
Bloque de potencia y servicios. Aquí se encuentra el turbo-grupo de vapor para la producción de electricidad y todos los equipos necesarios para conseguirlo: Captación de agua y filtrado. Planta de tratamiento de agua: osmosis y desmineralización. Planta de tratamiento de efluentes. Torre de enfriamiento y circuitos de refrigeración. Caldera de apoyo. Desgasificador y circuitos de vapor. Sistemas de dosificación química. Aire comprimido para instrumentación Sistema eléctrico de alta y media tensión. Instrumentación y control. Sistema meteorológico. Sistema contraincendios.
Plan de mantenimiento Se desarrolla un plan de mantenimiento Preventivo basado en SAP, y se intenta establecer un plan de mantenimiento Predictivo, apoyándonos en entidades externas para efectuar medidas de vibraciones de equipos-bombas, turbo grupo-, análisis de aceite de lubricación, hidráulico, térmico, control y seguimiento de la calidad de aguas - captación, osmotizada, desmineralizada, de refrigeración (legionella) etc. Control y calidad del vapor etc. Ensayos EDA del alternador. Un punto crítico del mantenimiento de la planta es la limpieza diaria de las superficies reflectantes, ya que de estado depende en gran parte la producción de la planta.
Limpieza de Helióstatos. Una máquina, de pluma extensible, con un rulo en su extremo, lava las superficies reflectantes del campo solar, continuamente, las 24 horas del día, en tres turnos de trabajo.
Tecnología de disco parabólico. Disco parabólico con motor Stirling Potencia entre 10 y 50 kwe.
Tecnología cilindro parabólica.
Qué es un colector cilindro parabólico? Es un dispositivo, de sección parabólica, que concentra la radiación solar en un foco lineal para convertirla en energía térmica En el foco lineal está situada una tubería por la que circula un fluido que absorbe el calor transmitido por la pared de esta tubería.
Mantenimiento en plantas de energía solar Los colectores se orientan en la dirección Norte Sur y el seguimiento solar se efectúa en un solo eje.
Estructura de CCP En la plataforma solar de Sanlúcar la Mayor se utiliza el colector modelo Eurotrough. Cuatro colectores forman un Lazo. Cada colector es capaz de elevar la temperatura del aceite térmico 25º C. El lazo eleva la temperatura 100º C. Características
Estructura de CCP
Tubos receptores. Apunte Colector desenfocado 10 miliradianes Colector bien enfocado
Tubos receptores. Apunte Colector bien enfocado. Se observa el tubo absorbedor iluminado en toda su longitud
Organigrama típico de una planta de energía Solar de tecnología cilindro parabólica de 50 MW.
Tres campos de actuación del mantenimiento: Campo solar Bloque de potencia y servicios. Sistema de control
Campo Solar Estructura de CCP. Inspeccionar y corregir deformaciones, torsiones y roturas. Sustituir facetas reflectantes dañadas.
Estructura de CCP. Facetas reflectantes Sustitución de facetas por rotura. Las roturas se deben a múltiples causas: Máquinas de limpieza, choques de animales, golpes de viento, etc.
Centralita y accionamiento hidráulico. Limpieza exterior, cambios de aceite, limpieza de filtros, sustitución de elementos hidráulicos dañados: Bombas, pistones hidráulicos, válvulas, etc. Este modelo de centralita tiene el problema de entrada de agua en el depósito de aceite hidráulico. Existen otros diseños en los que este problema desaparece.
Aceite térmico. Comercialmente los mas utilizados son el Dowtherm A y el Therminol VP-1 Sus características son prácticamente idénticas. El rango recomendado de temperaturas es entre 15ºc y 400º C. A 12º C cristaliza.
Aceite térmico. Una de las consecuencias de la cristalización o congelamiento del aceite a 12º C es que se pueden producir tapones de aceite cristalizado y el aceite deja de circular. Si se enfoca en estas condiciones, el aceite puede vaporizar en el interior del tubo absorbedor, este puede reventar y ocurrir una destrucción casi completa del colector. En la imagen se observa una incidencia de este tipo.
Tubos receptores Colocados sobre soportes en el foco de la parábola. Están perfectamente alineados para que el apunte sea preciso.
Tubos receptores. Sustitución por deformaciones, pérdidas de vacío, rotura de cristal. Tubos deformados probablemente por insuficiente refrigeración por bajo caudal de aceite.
Unión entre colectores. Juntas rotativas. (Ball Joint). Inyector de grafito Pellets de grafito En banco de pruebas se han conseguido, sin averías, 11095 ciclos de funcionamiento, equivalente a 30 años de trabajo. El mantenimiento se limita al relleno de grafito en caso de goteo, o a la sustitución de la ball joint si la fuga es demasiado grande. También suceden roturas por agarrotamiento.
Bloque de potencia y servicios. Aquí se encuentra el turbo-grupo de vapor para la producción de electricidad (50MW) y todos los equipos necesarios para conseguirlo: Captación de agua y filtrado. Planta de tratamiento de agua: osmosis y desmineralización. Planta de tratamiento de efluentes. Torre de enfriamiento y circuitos de refrigeración. Generador de vapor. Desgasificador y circuitos de vapor. Sistemas de dosificación química. Sistema de nitrógeno de inertización. Calderas para el calentamiento del aceite térmico. Circuitos de aceite térmico, principal y secundario. Almacenamiento de aceite y tanque de sobreflujo. Aire comprimido para instrumentación Sistema eléctrico de alta y media tensión. Instrumentación y control. Sistema meteorológico. Sistema contraincendios.
Plan de mantenimiento Se desarrolla un plan de mantenimiento Preventivo basado en SAP, y se intenta establecer un plan de mantenimiento Predictivo, apoyándonos en entidades externas para efectuar medidas de vibraciones de equipos-bombas, turbo grupo-, análisis de aceite de lubricación, hidráulico, térmico, control y seguimiento de la calidad de aguas - captación, osmotizada, desmineralizada, de refrigeración (legionella) etc. Control y calidad del vapor etc. Ensayos EDA del alternador. En este tipo de planta la limpieza de las superficies reflectantes tienen una importancia capital ya que se estiman unas perdidas anuales por disminución de la reflectividad de 6.000.000 por cada 2% de disminución.
Limpieza de lazos Metodo utilizado en la plantas Segs de California.
Limpieza de lazos Limpieza desde camino central con Chorros a alta presión. (200 bar.) (Segs, California)
Limpieza de lazos Chorros de agua a alta Presión (200 bar). El camión de limpieza debe Estar muy próximo al colector. El suelo debe estar perfectamente nivelado para evitar bamboleos y con ello rotura de facetas. Metodo utilizado en Andasol I (Guadix)
Limpieza de lazos Método utilizado en la plataforma solar de Sanlúcar la Mayor. Un camión, con dos rulos, que se posicionan automáticamente, limpiando la parte superior e inferior del colector simultáneamente mientra el camión avanza a una velocidad de 2 km/h.