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CENTRALES ELÉCTRICAS TERMOSOLARES

“La energía solar termoeléctrica: situación tecnológica actual y potencial de desarrollo”. CENTRALES ELÉCTRICAS TERMOSOLARES. Manuel Romero Director División Energías Renovables CIEMAT Avda. Complutense 22 28040 Madrid. Mapa no oficial de iniciativas de CET en España. Iberdrola. Iberdrola.

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CENTRALES ELÉCTRICAS TERMOSOLARES

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Presentation Transcript

  1. “La energía solar termoeléctrica: situación tecnológica actual y potencial de desarrollo” CENTRALES ELÉCTRICAS TERMOSOLARES Manuel Romero Director División Energías Renovables CIEMAT Avda. Complutense 2228040 Madrid

  2. Mapa no oficial de iniciativas de CET en España Iberdrola Iberdrola ACS/SM ACS/SM Abengoa Abengoa Sener Sener Samca Samca Acciona Acciona Ibereolica Sacyr/Solel > 2000 MW

  3. Eólica Petróleo, madera, .. Gas Carbón Nuclear Hidroeléctrica Aumento Sustitución Penetración mercado = Calidad en despacho ¿Mayor presión para las tecnologías renovables sin garantía de despacho? Desarrollo de la generación eléctrica en la UE-25 entre 2000 y 2030

  4. Energía solar termoeléctrica Espejo curvado Receptor Central Receptor/Motor Tubo absorbedor y reconcentrador Reflector Potencia constante A almacenamiento Tubo Absorbedor Desde almacén E. Térmica a turbina Desde almacén Suministro directo solar Espejo curvado Hora solar Tubería fluido térmico Helióstatos Receptor Central Discos parabólicos Potencia constante Fresnel Lineal Cilindro-parabólicos Apoyo fósil E. Térmica a turbina Apoyo fósil Suministro directo solar Hora solar

  5. Concentración y Ciclo Termodinámico Eficiencia de un sistema termosolar ideal (concentrador óptico, receptor y máquina térmica)

  6. ¿Y quién dijo espacio?

  7. 13 TWhe desde 1986 14000 1200 Anual GWh 12000 1000 Acumulada GWh Solar Efficiencies Measured at SEGS VIon July 1997 by KJC Operating Company 10000 800 600 8000 Última planta construida 70% Producción eléctrica neta [GWh] Direct Normal Radiation 400 60% 6000 50% 200 Thermal SolarField Efficiency 4000 - 40% 0 Direct Normal Radiatiom [W/m²] Efficiency [%] 05:00 07:00 09:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00 21:00 30% LEC = 12-15 cents/kWh 2000 20% 0 Solar to Electric Efficiency (gross) 10% 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2001 2002 2003 0% 2,5 Millones de m² de colectores en California La experiencia SEGS en California: • 100 años equivalentes de operación comercial (9 plantas, 354 MW) • Altas eficiencias solares y la electricidad solar más barata • Alta disponibilidad

  8. Las barreras para entrar en el mercado • Ausencia de regulaciones y tarifas favorables. • Muy pocas referencias con despacho a red. • Carencia de tecnologías apropiadas para generación directa de vapor. • Receptores solares con periodos muy limitados de operación. • Primeras opciones prometedoras para almacenamiento térmico pero difíciles de manejar. • Concentradores solares con buenas prestaciones pero modestas reducciones de costes. • Alta percepción de riesgo tecnológico. • La mayoría de las tecnologías a falta de escalación.

  9. La construcción de plantas ha comenzado de nuevo

  10. Proyectos de plantas CET híbridas solar-fósil KJC World Bank NIROO NEAL CFE ONE RSCPL EEA/NREA CEPEL Solar Heat&Power LOCATION Cycle Solar Technology Solar Cap. MW Aperture [m²] Algeria Combined Cycle Trough 54 400’000 Egypt Combined Cycle Trough 35 200’000 India Combined Cycle Trough 35 200’000 Mexico Combined Cycle Investor’s Choice >25 200’000 Morocco Combined Cycle Investor’s Choice 30-50 200’000 Iran Combined Cycle Trough 67 500’000 Brazil Combined Cycle Investor´s Choice ? ? Australia Regenerative Rankine Linear Fresnel 35 132’500

  11. Proyectos de plantas CET sólo solar Iberdrola ACS ABENGOA Solargenix Acciona Solel SENER SAMCA ACCIONA SHP ESKOM LOCATION Cycle Solar Technology Solar Cap. MW Aperture [m²] Spain (>20) Steam Cycle Trough (Andasol-type) 50 549’360 Spain Steam Cycle Tower (Solar Tres) 17 285’200 Spain Saturated steam Tower (PS10) 10 88’290 South Africa Steam Cycle Solar Tower 100 1’100’000 Israel Steam Cycle Trough 50 500’000 USA Steam Cycle Trough (Solargenix) 64 ? Portugal Saturated steam CLFR 6.5 ?

  12. Iniciativas en el Magreb: El enorme potencial de Argelia

  13. Iniciativas en el Magreb: La conexión CET Africa-Europa Ain Beni Mathar Hassi R’mel Redes de distribuciónen alta tensión Fuente: M. Geyer (SolarPACES)

  14. Penetración de la energía solar termoeléctrica en el mercadoTodavía en la curva de aprendizaje I+D y Mercado Mercados Mercados Primas Primas Verdes fase de- mostración California Electricidad Europeos 100 IEA SSPS, CESA-I SOLAR ONE 50 Nueva entrada en mercado Coste de generación solar en c€/kWh SOLAR TWO 25 I+D SEGS-I Subven. Próximas generaciones tecnológicas Solar Tres SEGS- II Demo PS10 15 AndaSol 1 Primas SEGS VIII-IX España AndaSol N Primas 2000 kWh/m².a 8 California Precios 2700kWh/m²a 1980 1990 2000 2010 2020 Verdes Europa: La nueva oportunidad de mercado Objetivo: 15 GW en 2020 y 6-8 c€/kWh

  15. Europa: La nueva entrada en el mercado (Por donde van los tiros) • Primera generación de plantas • Objetivo prioritario: Fiabilidad operacional • Ciertas innovaciones aflorando ya: • 1) La generación directa de vapor (PS10 y DSG) • 2) Grandes sistemas de almacenamiento térmico (Configuración tipo “Andasol”) • 3) Uso de fluidos alternativos, como las sales fundidas (Solar Tres) • 4) Uso de concentradores lineales por reflexión tipo Fresnel (STEP-Tavira) • 5) Menor impacto ambiental y consumo de agua

  16. PLANTA PS10: Generación directa de vapor • VAPOR SATURADO • Conservadurismo termodinámico • Factor de capacidad limitado • Penaliza O+M del bloque de potencia

  17. Vapor a 104 bar/371 ºC Turbina de vapor Aceite a 390 ºC Sobrecalentador Condensador Planta GDV futura Generador de vapor Campo de colectores Solares Circuito de aceite . Vapor a 104 bar/371 ºC Turbina de vapor G Caldera auxiliar Desgasificador Recalentador Aceite a 295 ºC Dep. expansión aceite Caldera auxiliar Campo de colectores Solares Planta tradicional con aceite Condensador Desgasificador Agua a 114 bar / 120 ºC La Generación Directa de Vapor (GDV) G

  18. AndaSol: El reto de introducir almacenamiento en plantas de aceite 6-7 horas de almacenamiento térmico KJC plants • 3600 horas • Integración circuito y almacén de sales

  19. PLANTA SOLAR TRES • Altísimo factor de capacidad • Gran potencial de producir la electricidad solar más barata • Receptor y circuito de sales como tecnología clave

  20. Receptor/Absorbedor Solar • Nuevos tubos absorbedores sin soldadura vidrio-metal • Nuevo recubrimientos selectivos con menor emisividad (ε<0,1 a 400ºC) y mayor durabilidad. • Receptores solares en torre para vapor sobrecalentado. • Nuevas generaciones de receptores volumétricos con efficiencias superiores al 85%. • Sales fundidas todavia por demostrar operación rutinaria y altos flujos. Rangos de funcionamiento de distintos tipos de receptores solares (Autor: A. Kribus)

  21. Fresnel: LIDDEL en Australia y STEP en Portugal 6.5 MW en promoción en Tavira (Portugal) por SHP y Enerpura 2.8 €/Wp 1.2 Ha/MWp Vapor saturado a 250ºC • Mas de un 70% de ocupación del suelo. • >180 MWe por km2, • Reflectores por debajo de €80 por m2. • Futuro ligado a la generación directa de vapor. • Menores eficiencias • Tubo absorbedor en desarrollo Prototipo MAN en la PSA

  22. SISTEMAS EFICIENTES DE ENFRIAMIENTO SIN CONSUMO DE AGUA REFRIGERACIÓN POR AIRE SISTEMA HELLER Extra-coste 0,01 €/kWh

  23. ¿Son competitivas las CET? minorista Mercado mayorista Mercado Mini-hidráulica Solar Fotovoltaica Concentración Solar Biomasa Geotérmica Eólica 10 20 30 40 50 cent$/ kWh Generación eléctrica Costes en

  24. Impacto de la innovación en la reducción de costes 100 Escalado 15% 90 80 I+D+i 60% 70 Coste de producción 60 Series y mercado 25% 50 40 Año 2005 2010 2015 2020 2025

  25. Beneficios con I+D adicional ECOSTAR http://www.vgb.org/en/research_project252.html

  26. PSA: 25 años de innovación sostenida • EUROTROUGH, DISS, DISTOR, INDITEP, EURODISH, SOLAIR, SOLGATE, SOLHYCO

  27. CONCLUSIONES • El paso a la madurez de la electricidad a partir de fuentes renovables requiere aumentar capacidad y adaptación a la demanda. • Las CET ofrecen un portafolio de opciones de integración con almacenamiento térmico o con hibridación. • Las opciones libres de CO2 requieren sistemas baratos de almacenamiento térmico. • Las plantas híbridas permiten una penetración más rápida y una conexión con el norte de Africa. • Las CET contribuirían a integrar las redes eléctricas del Norte y el Sur del Mediterráneo. • Gran potencial de reducción de costes, con importante contribución del I+D

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