5. La Central Termosolar

5. La central termosolar

5.1. Centrales termosolares
Seguramente estarás familiarizado con las células solares, que se utilizan en las calculadoras, los coches solares o
en casas aisladas para generar electricidad. Se trata de la energía solar fotovoltaica, una forma de obtener
electricidad que cada vez se utiliza más. Sin embargo, existen otras tecnologías para obtener electricidad del sol que
no son tan conocidas, pero que podrían tener un gran futuro en el siglo XXI, las centrales termosolares. En ellas, la
energía del sol se transforma en energía calorífica, que se utiliza para hacer girar un generador eléctrico y producir
electricidad. Existen tres tecnologías maduras, las puedes ver en el cuadro que viene a continuación.

5.2. Centrales termosolares de torre
Una central termosolar de torre está compuesta por una gran extensión de espejos planos, los helióstatos, que
reflejan la luz del sol en un receptor situado en lo alto de una torre.
Los helióstatos son grandes espejos planos instalados sobre un soporte orientable. Dos motores eléctricos van
girando poco a poco el helióstato para que siempre refleje la luz del sol en el receptor de la torre.
En el receptor situado en lo alto de la torre se concentra toda la energía solar captada por el campo de helióstatos.
La intensidad de luz solar en el receptor es de cerca de 1000 veces la normal y se alcanza una temperatura de más
de 500º C. En el interior del receptor hay una caldera por donde circula un fluido que se calienta al recibir los rayos
del sol.
El resto de la central es prácticamente igual que una central termoeléctrica clásica, como las que funcionan con
carbón o gas natural. La diferencia más importante es que la energía calorífica necesaria para producir electricidad
no proviene de quemar un combustible, sino de la luz del sol, lo que hace que sean centrales no contaminantes.
El fluido del circuito primario (vapor de agua, sodio, aceite, sales de nitratos, etc.) calienta el agua del circuito
secundario, generando vapor a gran presión. El vapor hace girar la turbina y ésta al generador eléctrico. El vapor
exhausto que sale de la turbina se enfría, mediante una torre de refrigeración, para licuarlo y volverlo a utilizar.
El resultado de todo el proceso es la transformación de la energía solar (energía radiante) en energía eléctrica. De
forma intermedia, la energía solar se convierte en energía calorífica, de aquí el nombre de centrales termosolares.
Este tipo de centrales tiene un rendimiento del 20 % (transforman un 20 % de la energía solar que reciben en energía
eléctrica).
Solar Two (California, EE UU) es uno de los primeros ejemplos de centrales de torre. Fue una central experimental
que estuvo en funcionamiento entre 1996 y 1999. Sirvió para demostrar que el concepto de central de torre es
tecnológica y económicamente viable. La tecnología desarrollada se ha utilizado para construir centrales más
modernas, algunas en España.
Solar Two tenía 1818 helióstatos de 39 m2 y 108 de 95 m2, en total una superficie de espejos planos de 81 162 m2.
Con esta superficie de captación solar generaba una potencia eléctrica de 10 MW, suficiente para hacer funcionar a
la vez 100 000 bombillas de 100 W.
La energía solar (energía radiante) captada por los helióstatos se concentraba en el receptor, en lo alto de una torre
de 91 m de altura situada en el centro del campo de helióstatos. Este sistema permite una gran concentración de la
radiación solar, unas 800 veces la intensidad luminosa sin concentración, alcanzándose una temperatura de 565º C
o más.
Las torres de refrigeración de Solar Two. Utilizaba tres torres de tiro forzado. En este tipo de torres de refrigeración,
unos potentes ventiladores crean una corriente de aire que enfría el agua utilizada en el condensador, son más
pequeñas y baratas de construir que las de tiro natural, sin embargo consumen más energía para funcionar.
¿CÓMO HACER FUNCIONAR UNA CENTRAL SOLAR SIN SOL?
La mayor limitación de las centrales solares es que no pueden producir energía de noche ni durante los días
nublados. Para paliar este inconveniente se han desarrollado sistemas de acumulación de la energía calorífica. Solar
Two utilizaba sales de nitratos fundidas como fluido receptor del calor del sol en el circuito primario. Las sales
calientes se acumulan en un depósito de gran tamaño, lo que permite utilizarlas para producir electricidad cuando el
cielo se nubla o incluso por la noche (3 horas de autonomía en esta central).
5.3. Centrales de colectores cilíndrico-parabólicos
Otro tipo de central solar es el que utiliza colectores cilíndrico-parabólicos. Estos colectores concentran la luz solar
en un tubo central. Por el tubo circula un fluido, normalmente aceite térmico, que se calienta a una temperatura de
unos 300º C, suficiente para producir vapor de agua y generar electricidad. Este tipo de colectores también se utiliza
en la industria para calentar fluidos.
Los colectores cilíndrico-parabólicos se agrupan y se conectan entre sí para formar centrales solares.
El funcionamiento de las centrales de colectores cilíndrico-parabólicos es muy parecido al de las centrales de torre.
El fluido calentado en el campo de colectores se envía al edificio de turbinas, donde se utiliza para producir vapor de
agua, hacer girar una turbina de vapor y generar electricidad. Algunas centrales solares son híbridas, lo que quiere
decir que tienen asociada una caldera auxiliar que funciona con gas natural. Poniendo en marcha la caldera se
puede producir electricidad en días nublados o por la noche.
Vistas desde lejos todas las centrales solares se caracterizan por su gran tamaño. La energía de la radiación solar es
difusa, por lo que se necesita una gran superficie para captar una cantidad de energía importante. Normalmente se
instalan en desiertos o lugares donde el suelo es barato.
En un colector cilíndrico-parabólico los rayos solares captados por el espejo curvo son concentrados en el tubo
receptor. La estructura que sostiene los espejos dispone de motores hidráulicos o eléctricos que le permiten
mantener el colector siempre orientado hacia el sol.
Una central está compuesta por muchos colectores conectados entre sí. El tubo receptor de una hilera de colectores
va a parar al principio de otra hilera de colectores (están conectados en serie), de esta manera el fluido (aceite
térmico) se va calentando poco a poco hasta alcanzar unos 390º C.
5.4. Concentradores parabólicos con motores stirling
Por último, veremos los sistemas disco-stirling, la asociación de un motor stirling (un tipo de motor de combustión
externa) y de un espejo parabólico. El espejo concentra la luz solar que recibe en un punto, el foco, donde se sitúa
un motor stirling. Gracias al calor del sol, el motor gira y acciona un generador eléctrico, que produce electricidad.
El motor stirling es un motor térmico de combustión externa que se basa en el calentamiento y enfriamiento cíclico de
un gas encerrado en un cilindro. Es un motor muy silencioso, su principal aplicación en la actualidad es impulsar
submarinos y lanchas militares. Fue inventado en 1816 por el ingeniero escocés Robert Stirling.
Calentando y dejando enfriar alternativamente un cilindro que contiene un gas (aire, helio, hidrógeno, etc.), podemos
conseguir que se desplace un pistón como consecuencia de la expansión y contracción del gas, ésta es la base del
funcionamiento de un motor stirling. A este mecanismo se podría aplicar un generador eléctrico para producir
electricidad. En los motores stirling utilizados en energía solar la fuente de calor es el sol y la refrigeración se hace
utilizando el aire circundante a temperatura ambiente.
Un disco-stirling con un espejo de diámetro 8,5 m produce una potencia de 9,8 KW. Tiene un rendimiento del 21,6 %.
Algunos discos-stirling han conseguido rendimientos del 30 %, el mayor de cualquier tecnología solar (incluidas las
células fotovoltaicas).
Una de las ventajas del sistema de discos-stirling es que es escalable. Se podría instalar una máquina para
suministar electricidad a una casa aislada, por ejemplo, o agrupar miles de máquinas para formar una central
eléctrica.
Al ser pequeñas unidades idénticas, también es posible su fabricación industrial en serie.
5.5. Centrales termosolares en España y el mundo
El petróleo es cada vez más escaso y caro. Los combustibles fósiles son fuente de conflictos internacionales y de
degradación del medioambiente. Las centrales nucleares generan residuos radioactivos y suponen un gran peligro
en caso de accidente. En este contexto las centrales termosolares pueden tener mucho futuro en el siglo XXI.
España es uno de los principales líderes a nivel internacional en la investigación y aprovechamiento comercial de la
electricidad de origen termosolar. Nuestro país cuenta con un laboratorio internacional de gran experiencia, la
Plataforma Solar de Almería (PSA), y ya dispone de numerosas centrales termosolares operativas y en construcción.
5.6. Ventajas e inconvenientes de las centrales termosolares
VENTAJAS:
- No emite ningún contaminante ni genera ningún residuo peligroso.
- Es una energía renovable, se regenera de forma natural.
- La fuente de energía es gratuita.
- Es una tecnología por explotar, las empresas que desarrollen sistemas económicamente viables tendrán un gran
mercado.
INCONVENIENTES:
- Necesitan una superficie muy grande.
- Su producción es discontinua aunque, como hemos visto, se están desarrollando tecnologías para almacenar la
energía solar.
- El coste de la energía solar todavía es mayor que la de origen convencional (petróleo, carbón o gas natural).