Diseño, construcción y ensayo de la etapa de generación eléctrica con un sistema solar térmico

Abstract

Las diferentes máquinas de vapor para la producción de energía mecánica y eléctrica tienen una larga historia que comenzó en el siglo XV (T. Savery) y empezó a generalizarse en relación con las minas de carbón en Inglaterra (J. Watt). Originalmente la fuente de energía necesaria para su funcionamiento se logró usando leña y luego carbón mineral. En el siglo XX se comenzaron a utilizar los hidrocarburos y diferentes gases, fuentes que han predominado hasta la actualidad. Los problemas actuales relacionados con las fuentes mencionadas, tales como el comienzo de la declinación de los combustibles no renovable y la contaminación ambiental que causa su uso, ha llevado a un interés creciente por la utilización de las energía renovables tales como la solar, eólica, biocombustibles y otros.Desde 1980, el Instituto de Investigaciones en Energía No Convencional (INENCO) y otras instituciones de la Argentina están realizando desarrollos destinados a la sustitución de los combustibles convencionales por las llamadas energías renovables. En relación con la energía solar se han considerado dos tecnologías diferentes para la generación eléctrica, el uso de los sistemas fotovoltaicos y la generación solar térmica con uso de concentradores. Ambos tienen características muy diferenciadas que implican distintas posibilidades de uso, que en algunos casos se superponen.El INENCO lleva a cabo estudios relacionados con la producción de electricidad por la vía solar térmica que cuenten con características tales como:1.- Generadores con producciones grandes, encontrándose en la actualidad sistemas en construcción con potencias de 500 MW en EEUU con sistemas de torre central (Palen Solar Electric Generating System), Australia con equipos del tipo Fresnel lineal, uno de 44 MW (Kogan Creek Solar Boost) en construcción y otro de 9 MW en operación (Liddell Power Station). También se encuentra una planta solar con sistema de torre central en operación, en EEUU, denominada Ivanaph, con un potencia de 377 MW, transformándose ésta en líder en el mercado en finales del 2013 y principios del 2014.2.- Cubran un rango grande de potencias, desde las decenas de kW para aplicaciones puntuales a nivel industrial hasta las potencias ya mencionadas para la producción de energía destinada a las grandes ciudades y centros industriales.3.- Las centrales térmicas puedan generar no solo energía eléctrica sino también térmica destinada a usos industriales.4.- La generación de energía térmica tiene la ventaja de que puede almacenarse a costos más bajos que la energía eléctrica. La mayoría de las nuevas centrales térmicas están acumulando energía térmica con reservas de 7 a 10 horas, por lo que pueden cubrir la demanda eléctrica pico que se genera en las primeras horas de la noche. En este momento se está generalizando la acumulación con sales fundidas, lo que permite llegar a altas temperaturas y tiene precios bajos.5.- Existen equipos con diferentes características, siendo los más comunes los de torre central, los que usan espejos cilindro-parabólicos, los que utilizan motores stirling con espejos esféricos y los de tipo Fresnel lineal, que hace uso de espejos planos ligeramente curvados. En la actualidad, las diferentes tecnologías son utilizadas, encontrándose en una etapa de comparaciones económicas destinadas a determinar en qué condiciones uno u otro tipo resulta más conveniente.6.- La generación eléctrica también es diversa pudiéndose utilizar turbinas, motores stirling, máquinas reciprocantes o el uso intermedio de producción de vapor orgánicos con volúmenes específicos menores que el agua. Los motores stirling tienen los mejores rendimientos pero su tamaño actual es pequeño, en el orden de los 25 kW. Los motores reciprocantes se han utilizado para potencias pequeñas, del orden de decenas de kW por su bajo costo, pero actualmente están creciendo y se producen motores con potencias de varios MW. Las turbinas cubren un rango muy grande, pero las de pequeña potencia resultan muy caras.En el INENCO se ha centrado el interés en los generadores de vapor de tipo Fresnel debido a su bajo costo. Por otro lado su tecnología es relativamente sencilla y pueden ser construidos totalmente en la Argentina con materiales locales. Los sistemas de generación solar térmica pueden usarse en regiones con alta radiación solar ya que los espejos necesitan de irradiación directa para su funcionamiento. A nivel mundial existen 7 regiones de alta radiación. Afortunadamente, la zona NOA de la Argentina forma parte de una de ellas junto con el norte de Chile y el Sureste de Bolivia. Las potencias disponibles de energía solar constituyen la mayor reserva de energía renovable, asegurando que esta fuente podrá generar la energía suficiente a nivel mundial para asegurar la disponibilidad a largo plazo. A título de ejemplo se puede citar que una superficie del orden de 20 x 20 km2, muy pequeña en relación a las superficies disponibles en la cercanía de los Andes, puede generar toda la energía que se consume actualmente nuestro país.El panorama actual de las políticas en Energías Renovables en Argentina, a través del plan Nacional RenovAr, en sus distintas fases, resulta promisorio y alentador para el aumento de proyectos de generación eléctrica en base a recursos renovables, sobre todo de índole eólica y solar. Este plan impulsa al desarrollo de este tipo de proyectos por lo cual el estudio de la tecnología de concentración solar para la generación termo ? energética se enmarca directamente en la situación actual de la República Argentina.