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

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1ra. Jornada técnica de

GENERACIÓN SOLAR TERMOELÉCTRICA

GESTE 2010

Estado actual y perspectivas de futuro

Leganés, 4 de noviembre de 2010.

Organización: Edgardo D. Castronuovo, Julio Usaola García e Ismael Sánchez Rodríguez-Morcillo. Universidad Carlos III de Madrid.

Mayores informaciones: Edgardo D. Castronuovo, [email protected]

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Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 1

GENERACÍON SOLAR TERMOELÉCTRICAGESTE 2010

Félix M. Téllez Sufrategui

Unidad Sistemas de Concentración Solar

Plataforma Solar De Almería

CIEMAT

Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica.

Opciones Tecnológicas

Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 2

¿Qué es Generación Solar Termoeléctrica?Principio de Funcionamiento

Concentrating solarcollectors

Steam or Gas turbine

& Generator

Utility Grid

Electricidad

(Opcional)Almacen-amiento

(Opcional)ApoyoFósil

Vapor,o Gas

Se utiliza Energía solar concentrada para elevar la temperatura de un fluido calo portador (opcionalmente en combinación con uso de Gas Natural y/o Almacenamiento térmico) para accionar turbinas de vapor, de gas o motores de pistón y generarelectricidad o una combinación de calor y electricidad.

Vapor,Sales,Gas,…

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Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 3

Panorama Actual

Ø La Solar Termoeléctrica se basa en Tecnologías de Concentración Solar (TCS) que facilitan el aprovechamiento industrial del recurso solar (disperso en espacio y variable en el tiempo).

Ø Solo Utilizan la componente DIRECTA de la Radiación Solar, de modo que requieren dispositivos de seguimiento del movimiento relativo del Sol.

Ø Las TCS tienen muy diversas aplicaciones: desde el laboratorio (p.e. suministrando altos flujos energéticos en muy poco tiempo) a aplicaciones industriales (calor industrial deproceso, producción de electricidad, ...combustiblessolares).

Ø Concentrar la radiación solar, CS, permite obtener mayorestemperaturas y/o flujos energéticos, aumentar las eficiencias térmicas y/o termodinámicas y reducir los costes de conversión (por ej. en electricidad).

Ø La producción de Electricidad (Solar Termoeléctrica, ESTE) es la principal aplicación actual de estas tecnologías de Concentración solar

Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 4

“Atributos” básicos de la Solar Termoeléctrica frente a otras opciones

Ø Amplio margen Técnico-Económico para Reducción deCostes. Actualmente ~0.13-0.25€/kWh (dependiendo del recurso,del país, de la opción tecnológicaetc.).

Ø Para generación centralizada(plantas entre 10 y 400 MWe) se considera “Gestionable”.

Fossil Hybridization

12a noon 12a4a 4 p8a 8p

• Hibridación con Gas:Ciclos Combinados

l Hibridación con Carbón,fuel oil, o gas : Ciclos deVapor

l Uso de Almacenamientotérmico Para producir enhoras pico, extender la producción o adaptar a la demanda

Generación Centralizada

n Horas Pico e Intermediasl Alto valor, mercados “verdes”

12a noon 12a4a 4p8a 8p

6 hours of storage

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Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 5

La Gestionabilidad de la STE facilita el ajuste Diario y Estacional de la Demanda

­ La Solar Termoeléctrica puede suministrar electricidad en horas de máxima demanda en verano, cuando la hidroeléctrica y la eólica son escasas.

Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 6

Crecimiento de la Demanda Pico en España 2000-2004

La demanda Pico en Verano es cada vez más relevante

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Dr. Gerhard Knies, Loccum20-01-2007

Trans-Mediterranean Renewable Energy Cooperation TREC 7

La Gestionabilidad con Almacenamiento Térmico se consigue „multiplicando“ el campo Solar

Thermal Storage = solar energy at night!

+ power generation by demand: firm capacity

steam at day time:

just more collectors + storage tanks, not more power-plants:

during day for night at night

Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 8

Capacity of Heat Storage options

CHEMICAL THERMAL MECHANICAL

Hyd

rog

en (

100

bar

)

3

00

Nat

ura

l Gas

10

00

Liq

uid

Hyd

rog

en

23

80

Met

han

ol

430

0

Liq

uid

Nat

ura

l Gas

58

00

Fu

el O

il, G

aso

line

900

0 -

1100

0

Bit

um

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coal

1

2000

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50

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Sal

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5

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3

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6

0

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(10

0 b

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10

0.8

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mp

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ge

(300

m)

0.1

1

10

100

1000

10000

100000

Vo

lum

esp

ecif

icen

erg

y co

nte

nt

(kW

h/m

3) Solar TRES

PS-10

Air Tech.

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Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 9

• Short-term to mid-term → Electricity productionElectricity production (=STP)(=STP)

• Mid-term to long-term → Solar ChemistrySolar Chemistry

STP is a “short term” Objective of the Solar Concentration Technologies

FinalFinalObjective:Objective:

Productionof “solar”fuels

Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 10

Panorama Actual

Ø El relanzamiento industrial de la STE (CSP en inglés)ha añadido, en 2009, 275 MWe a los 354 MWe desplegados en 1986-1991 y cerrará el año 2010 con otros 600 MWe , que colocarán a España como elpaís con mayor potencia STE instalada (con el 59% de los 1292 MWe de potencia total mundial parafinales de 2010).

Ø Frente a las solicitudes de hasta 15 GWe con tarifadel RD 661/2007, se han aprobado unos 2.4 GWe de STE que se conectarán, en España, antes de finales de 2013. No obstante aún se tienen dudassobre los incentivos para mantener el despliegue dela STE a partir de 2013

Ø En EE.UU. Se está reactivando el despliegue conproyectos apoyados por el US Department of Interior de hasta 4.5 GWe a impulsar desde finalesde2010.

Ø El total, contabilizado (a principios de 2010) es deunos 10.7 GWe en varios estadios de desarrolloprincipalmente en España, región MENA y EE.UU..

Ø Por tecnologías prevalecen los CP, con 5.6 GWe,seguidos por los sistemas de RECEPTOR CENTRAL con proyectos totales de ~3.5 GWe y las Disco-Stirling con 1.6 GWE. Los 0.03 GWe de canalesFresnel son meramente testimoniales

Ø A Medio plazo el despliegue de 20 GWe para 2020 se observa como realista. (La inversión asociada a estedespliegue estaría entorno a 75,000-100,000 M€)

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Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 11

2007...2013: 2º Lanzamiento Industrial de la Solar Termoeléctrica: …en España

Ø En España se dan condiciones especialmente favorables por variasrazones:

• El actual marco de apoyoinstitucional (RD 436/ 2004 ->~0.23 €/kWh,.. RD 661/2007 ~0.27€/kWh,.. + incentivos europeos,nacionales, regionales, etc.)

• Importante experiencia enproyectos de I+D y demostración(Plataforma Solar de Almería)

• Quizá el mayor recurso solar anivel Europeo

• La existencia de un sectorindustrial interesado en estos desarrollos (ABENGOA, ACS,SENER, IBERDROLA, ...ACCIONA,…)

• 2007: Inauguración de PS10 (11 MWe) y comienza la construcciónde 7 nuevas plantas

• 2007-2013... Factible construcciónde los 2400 MWe en el Registro de Pre-asignación derivado del Plan de Energías Renovables (2005-2010)

• 2014 …??

Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 12

CSP developments in USA(Unos 10 GWe; CP ~5.5; DS ~ 2; RC. Unos 3.5

GWe!!)

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Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 13

Potencial de las Plantas Solares Termo-eléctricas

Clasificación de Zonas por su Radiación Solar Directa Normal

Baja(<1600 kWh/m2·a)

Aceptable(2000 kWh/m2·a)

Excelente(>2200 kWh/m2·a)

Buena(2200 kWh/m2·a)

Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 14

Source: Emerging Energy Research

CSPCSP technologytechnology forecastforecast, 2014, 2014

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Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 15

Una revisión rápida de las Opciones Tecnológicas (STE)

Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 16

Tipologías de SCS

Tecnologías de Concentración solar sedistinguen usualmente por la forma y relación entre concentrador y el receptor. Las mas usadas:

Ø Sistemas de foco puntual:• Plantas de Receptor Centralen TORRE

(Receptor fijo en “centro” ususlmentesobre Torre. concentrador segmentado con simetria 2D)

• Plantas de Disco-Motor (~Stirling).Receptor y concentrador en eje óptico.Concentrador continuo o segmentado pero sobre conformación paraboloide continua.

Ø Sistemas de Foco lineal• Plantas de CANALES – PARABÓLICOS

(receptor y concentrador en eje ópticocon simetría 1D)

• Plantas con COLECTORES LINEALES DE FRESNEL (Receptor fijo; concentrador segmentado)

Ø Otras: Concentración solar en laboratorio:

• Hornos solares• Sistemas Beam-Down• …

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Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 17

Campo solar

Bloque de Potencia

Vista de una planta típica

Planta Solar Termoeléctrica con Canales Parabólicos

Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 18

Concentradores Cilindro-Parabólicos, CCP

Ø Receptor en foco lineal.Seguimiento en 1 eje; limitado a ~500ºC. Flujos de 20-80 kW/m2.

Ø Ciclos de Vapor Rankine convencionales

Ø Eficiencia (anual) conversiónsolar-electricidad ~10-15%(media anual)

Ø Factor de capacidad ~ 20-50%Ø 354 MWe operando en California

desde 1989 ...+ 1MWe en Arizona (2006) + 64 MWe en Nevada (2007) + ...50 MWe Andasol 1 (2008) + (50 Andasol2, Solnova, Extresol, …)…

Ø ~ 5000 MWe para 2014-15

Turbina de vapor

Condensador

Precalentador de presión baja

Desaireador

Sobrecalentador

Precalentadorsolar

Recalentadorsolar

Generadorde vapor

Tanque de expansión

Depósito desal caliente

Colectores Solares

Depósito desal fria

Almacenamiento de dos tanques de sal

Esquema conceptual planta tipo Andasol

United States: Construction 64MW Nevada Solar One

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Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 19

Configuración de Planta

295 ºC aceite

395 ºC aceite

.

CondensadorG

Generadorde vapor

.

Desgasificador

RecalentadorTanque expansión del aceite

Turbina de vapor

Precalentador

Vapor sobrecalentado104bar/380ºC)

Vapor recalentado 17bar/371º C

G

Cam

po S

olar

La tecnología que está demostrada comercialmente (>400 MWe) es la llamada HTF (Heat Transfer Fluid)

Planta Solar Termoeléctrica con Cilindro Parabólicos

(hot tank)

(cold tank)

Sales Fundidas

(tanque caliente)

Sales fundidas

(tanque frio)

IntercambiadorAceite/sales

Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 20

Ø Las plantas SEGS continuanmejorando la disponibilidad y prestaciones

Ø Los costes de O&M han disminuido un 30% en los 10 años de experiencia en desarrollo• Estos resultados son aplicables

a otras plantas ESTE

En busca de reducción de coste final de la electricidad se están desarrollando nuevos conceptos de componentes y se requiere mayor competitividad en algunos de ellos

Kramer Junction SEGS Plant Mejoras

0

100

200

300

400

500

1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998

To

tal O

utp

ut

(GW

h)

0

1

2

3

4

5

O&

M C

ost

(¢/

kWh

)

KJC

DISS/PSA

Estado de la tecnología CCP

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Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 21

ü Nuevos diseños de de estructuras de colector para reducir los costes deinstalación

ü Templado de espejos conformados para aumentar durabilidad

ü Esquemas de Generación Directa de Vapor para alcanzar mayor simplicidad ymayores eficiencias

EuroTroughSolargenix LS-3

SenerTrough

Nuevos Desarrollos e Innovacionestecnología CCP

Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 22

• Esquemas de Generación Directa de Vapor (DSG versus HTF) para alcanzar mayorsimplicidad y mayores eficiencias

Auxiliary heater

Solar fiel

d

De-gasifier

Condenser

Steam turbine

DSG Plant

Steam at 104 bar/400 ºC

Water at 114 bar / 200 ºC

Super-heater

Steam Generator

.

Degasifier

Re-heaterOil expansion tank

Auxiliary heater

Solar Field

Steam turbine

Condenser

Oil at 295 ºC

Oil at 395 ºC

Steam at 104 bar/380 ºC

Oil

circ

uit

HTF Plant

Nuevos Desarrollos e Innovacionestecnología CCP

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Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 23

ü Nuevas Soluciones de Almacenamiento Térmico:a) Con hormigón,

400 kWh thermal storage prototype module with concrete

Tube heat exchanger

1,7 m

1,3 m9 m

Nuevos Desarrollos e Innovacionestecnología CCP

ü Nuevos diseños de de estructuras de colector para reducir los costes deinstalación

ü Templado de espejos conformados para aumentar durabilidad

ü Esquemas de Generación Directa de Vapor para alcanzar mayor simplicidad ymayores eficiencias

Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 24

ü Nuevas Soluciones de Almacenamiento Térmico:a) Con hormigón,

Nuevos Desarrollos e Innovacionestecnología CCP

ü Nuevos diseños de de estructuras de colector para reducir los costes deinstalación

ü Templado de espejos conformados para aumentar durabilidad

ü Esquemas de Generación Directa de Vapor para alcanzar mayor simplicidad ymayores eficiencias

200 kWh thermal storage prototype module with PCM

b) Con Materiales de Cambio de Fase (PCM)

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Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 25

Receptor

Reflectores rectangulares

Concentrador Lineal Fresnel

(Variante/Innovación de CCP)

Segmentos longitudinalesde espejos

Ejes de giro

Tubo absorbedor

Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 26

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Concentrador Lineal Fresnel

(Variante/Innovación de CCP)

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Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 27

Campo de Helióstatos

Receptor

Bloque de Potencia

Torre

Planta Solar Termoeléctrica de Receptor Central

Heliostatos

Receptor

AlmacenamientoTérmico

Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 28

Sistemas de Receptor Central, SRC

§ Seguimiento en 2 ejes,Temperaturas 250ºC- 1100 ºC.Flujos de 300-1000 kW/m2

§ Primera planta comercial (a nivel mundial) se inauguró en Marzo. 2007 (Solucar-PS10), PS20 en Mayo 2009!!

§ Ciclos Rankine, Brayton, Combinados

§ Precedentes (demostración) Solar One y Solar Two de 10 MW y CESA-1 (1 MW)

§ Eficiencias (anuales) conversiónsolar-electricidad: 12-16%

§ Factores de capacidad hasta ~65%§ Proyectos en marcha:

− 50 MW en España− …3,500 MWe en EE.UU. − 100 MWe en Sudáfrica ¿?− 50 MWe en MENA ¿?

COST AND PERFORMANCE FORECASTS, SL-5641 2003.

Storage TankCold Salt

Storage TankHot Salt

ConventionalEPGS

Steam Generator

PS-10

PS-20

FV

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Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 29

SRC, Experiencia: Plantas de Demostración(~0.3 a 10 MWe)

...

Sept 2006

2008

PS-20*

Steam

20 Steam 2008

...

Sept 2006

2008

PS-20*

Steam

20 Steam 2008

Solar Two

PSA

n Tras las plantas de demostración, seconsidera probado el potencial y fiabilidad de los SRC.

n Las referencias siguen siendo Solar One-Solar Two y los dos sistemas de la PSA (CRS y CESA-1), con tres opciones tecnológicas preferentes: agua-vapor,Sales fundidas y Aire.

n Curva de aprendizaje reactivada conPS10, PS20,…

Sunshine-Nio; Japón

Solar One

Eurelios en Adrano (Italia)

Weitzman (Israel)

Crimea (URSS)

Sandia (EE.UU)

Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 30

l Helióstato: (Representa ~50% de la inversión) Ha mostrado un comportamiento excelente, con tendencia a desarrollos de mayor tamaño y costes específicos menores.

l Referencia actual: l Helóstatos de 120 m2l Oferta comercial de ~200

€/m2 (instalado)l Aún hay potencial de reducción

de costes …

l Receptor: Muchas tipologías y tamaños (entre 1s KW y 10s MWs)desarrollados. Muchos desarrollo han probado la facilidad de operación y altos rendimientos (~75-85%).

l Pendiente demostrar la durabilidad (¿30 años?)l Los sistemas avanzados potencian los diseños con fluidos que trabajen a

temperaturas altas: vapor sobrecalentado/supercrítico (500-650 ºC). Aire (700-900 ºC), operables con mayores flujos solares y esquemas hibridos.

Solar Two

TSA

GM-100

ASM-150

SAIC-170

ATS-150

SANLUCAR 120

SRC. Estado de la Tecnología

Planta/PEQUEÑO HeliostatoESOLAR (www.esolar.com)

Planta Piloto y Pequeño Heliostato (7.3 m2) de Bright Source&LUZ 2

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Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 31

SRC. Estado de la TecnologíaHELIOSTATOS

Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 32

SRC. Estado de la TecnologíaHELIOSTATOS

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Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 33

l Almacenamiento térmico bien resuelto cuandose utilizan sales fundidas como fluido calo portador y relativamente resuelto para aireatmosférico

l Para sistemas que utilizan agua-vapor o airepresurizado la solución de almacenamiento requiere I+D+D.

l La reducción de costes (< ~20 €/kWh) en los primeros desarrollos de plantas es también un reto.

SRC : Estado de la Tecnología

TSA

Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 34

SRC: Primeras plantas comerciales.

PS 10 y PS 20

Vista aérea de las Plantas PS-10 y PS-20 de Abengoa (Sevilla)

Torre de la planta PS-10

EmplacementNominal Power

Tower HeightReceiver Technology

Receiver GeometryHeliostats

Thermal Storage TechnologyThermal Storage Capacity

Steam CycleElectric Generation

LandAnnual Electricity Production

Genera l Desc r i p t i on Sanlúcar M. (Sevilla), Lat 37.4º, Lon 6.23º 1 1 . 0 2 M W e 100m Saturated Steam Cavity180º, 4 Pannels 5m x 12m 624 @ 121m2 Water/Steam 15MWh, 50min @ 50% Rate 40bar 250ºC, 2 Pressures 6.3kV, 50Hz -> 66kV, 50Hz 60Has 23 .0GWh

11.0MWe

Heliostat Field

Solar receiver

Steam Storage System

40 bar, 250ºC»Steam

Drum

Turbine

Heliostat Field

Steam Storage System

Steam

Condenser0,06 bar, 50ºC

SteamDrum

Turbine

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Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 35

PS20. Already in Commercial application

Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 36

Alpine Sun Tower: Planta de 92 MWe de eSolar enCalifornia

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Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 37

Ivanpah: 440 MWe (de Brightsource ~Luz2) en California

Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 38

Planta en Dahan- China(vapor sobrecalentado – 1.5 MWe, 350 ºC)

Ø Planta experimental de 1,5 MW, compuesta por un campo solar de 100 helióstatos curvos y una torre de 100 m de altura.

Ø Receptor de agua vapor sobrecalentado. Ø Sistema de almacenamiento térmico en dos

tanques que usa aceite térmico como mediode acumulación de calor. El tanque calientealmacenará a temperaturas superiores a los 350ºC, necesarias para producir vaporsobrecalentado.

Ø El uso de aceite, frente a la opción de sales fundidas, se elige por el menor coste y el menor punto de solidificación del aceite.

Ø Construcción a iniciar antes de finales de 2010.

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Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 39

SRC: Primeras plantas comerciales,SOLAR TRES / GEMASOLAR

Demostración/Validación

Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 40

SRC: Primeras plantas comerciales,SOLAR TRES / GEMASOLAR

Proyecto parcialmente subvencionado por la CE (Contrato No. NNE5/2001/369), a través de un consorcio formado porSENER, CIEMAT, ALSTOM-SIEMENS, SAINT GOBAIN y GHERSA.

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Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 41

SRC: Nuevos Desarrollos e Innovaciones(Tecnología de Aire atmosférico y Presurizado)

Tecnología de Aire Atmosférico

üCiclos tipo RankineüFuncionalidad probada pero altos costes de receptor

Incident solar flux

ambient air

absorber structure

SiSiC cup

cooling air

orifice

insulation

hot airInternal air ducting

SiSiC absorber & SiSiC cup material

Incident solar flux

ambient air

absorber structure

SiSiC cup

cooling air

orifice

insulation

hot airInternal air ducting

SiSiC absorber & SiSiC cup material

Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 42

SRC: Nuevos Desarrollos e Innovaciones(Tecnología de Aire atmosférico y Presurizado)

Tecnología de Aire a Presión

üCiclos tipo Brayton o CombinadosüLimitaciones en diseño de receptor y campo de heliostatos

absorber

air inlet

air outlet

secondary concentrator window

Solarunit

CombinedCycle Plant

GasTurbine Steam Cycle

HeliostatField

Receiver

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Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 43

Campo de Colectores Solares

Concentrator

Estructura

Disco Stirling Típico (WG Associates,10-kWe)

Motor Stirling solarizado

Discos Parabólicos Stirling

Receptor /Motor

Reflector

Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 44

Discos Parabólicos, DP

§ Seguimiento en 2 ejes. Disco Parabolico. Temps. De 700-800 ºC.Flujos de 500-3000 kW/m2.

§ Ciclos Stirling y Brayton§ Amplia variedad de diseños han

demostrado los altos rendimientosrequeridos a nivel comercial

§ Efic. Conversión solar-electricidadanual 20-22 %

§ A punto de conectar la primera planta comercial a red. Algunasunidades conectadas.

§ Permite Generación en zonas aisladas o en plantas centralizadas.Módulos de 10-25 kWe (Stirling)

§ Proyectos de plantas:§ España: ~0.1 +1 MWe§ EEUU: 800 MW (SCE - 20,000

discos…) + 300 MW conSDG&E – 12,000 discos…)

Advanco ('82-'85)

MDAC ('83-'88) Boeing/SES (‘98-’99)

SBP/Almeria('88-'99)

Cummins('89-'96)

Disco Australiano (400 m2 y 90 kWe!)

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Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 45

l Los costes de inversiónson, actualmente, la mayor barrera

l La variedad de diseños de discoconcentrador (paraboloide continuo/facetado + estructura,..) y de receptores-motores han demostrado altas eficiencias (record de 29.5% solar-electricidad)

l La Durabilidad del motor-receptorrequiere mejoras

DP, Estado de la tecnología

SBP/Solo

Boeing

SAIC/STM

STM

Solo

Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 46

DP, Futuro

ØEmpresas Europeas y de EE.UU. Están desarrollando las primeras unidades comerciales (SBP, SES,..)

ØLo previsible es que los costes disminuyan enormemente (desde los actuales 8000-10000 €/kWe pico)cuando se comience la producciónen masa.

I+D:

ØDesarrollos de motores híbridos (solar-fuel), ciclos brayton, cogeneración, ...

ØConcentradores de menor coste específico...SBP/Solo

SAIC/STM

SES/Boeing

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Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 47

Nuevos desarollos

Infinia Corp., EEUUØ 3 kWeØ Pistón libreØ Unos prototipos en operaciónØ comienzo de fabricaciónØ Primera planta (~1 MWe) en

construcción en EspañaØ Alta espectación sobre costes y

funcionamiento

Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 48

Renovalia Energy e Iberdrola Renovables han alcanzado un acuerdo para evaluar "equipos desegunda generación termosolar" (Disco-Stirling de marca Infinia) en el complejo que IberdrolaRenovables tiene en Puertollano.

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Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 49

¿Qué Tecnología CS Termoeléctrica elegir?

Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 50

Ventajas / Inconvenientes

Cilindro-ParabólicosDiscos-StirlingReceptor Central

Menor Temperatura => menor calidad del vapor.

Limitación debida a propiedades de los

fluidos (aceite < 370ºC) y recubr. selectivos

Apoyo fósil no demostrado.Problema de

almacenamientoMuy altos costes de

inversión

Alta inversión.Costes reales no bien

conocidos.Alta Temperatura de

operación requiere alta tecnología (> coste).

Inconvenientes

DisponibilidadComercial. 15-20 años

demostración.Almacenamiento

demostrado.

Muy alta eficiencia de conversión (Demostrado

29.5% pico)

Perspectivas a medio plazo de altas eficiencias (~18-

20%) y grandes Factores de Capacidad (hasta 70%)

Ventajas

Plantas comerciales . Unidades de hasta 80 Mwe; Capacidad total:

~420 MWe

Prototipos y Demostración entre 9-50

KWe

Prototipos y Demostraciónhasta 10 MWe

Situación

Generación CentralizadaGeneración AisladaGeneración CentralizadaAplicación

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Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 51

Potencial reducción de costes de la ESTE

Ø La reducción de costes de la Eólicaes un ejemplo para la ESTE. Los costes iniciales eran elevados y se redujeron al aumentar la capacidad instalada (razón de aprendizaje ~20%)

Ø La ESTE podría seguir una reducción semejante (con razón de aprendizaje estimada de la esperiencia Californiana de ~8%).

Ø Conseguir la instalación de 5000MWe conduciría a reducir el coste a la mitad (7-9 c€/kWhe).[= Propuesta GMI]

Ø Estrategia combinada:• 1) Mayores tamaños de planta; • 2) Producción en serie de

componentes;• 3) Mejora tecnológica (I+D)

Capacidad y Coste de la Eólica

0

5

10

15

20

1984 1989 1994 1999

Year

cen

ts/k

Wh

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

Cap

acid

ad A

cum

ula

da

(MW

)

Cost Cumulative World Production

0,000

0,020

0,040

0,060

0,080

0,100

0,120

0,140

0,160

0,180

0,200

100 100000Capacidad Total Instalada [MWe]

LE

C [€

/kW

h]

7 €-cts/kWh

1000 10000

LEC (FCR=0,11, DNI =2000 kWh/m²a)LEC (FCR=0,11, DNI =2350kWh/m²a)LEC (FCR=0,11, DNI =2700 kWh/m²a)

5000 MW0,000

0,020

0,040

0,060

0,080

0,100

0,120

0,140

0,160

0,180

0,200

100 100000Capacidad Total Instalada [MWe]

LE

C [€

/kW

h]

7 €-cts/kWh

1000 10000

LEC (FCR=0,11, DNI =2000 kWh/m²a)LEC (FCR=0,11, DNI =2350kWh/m²a)LEC (FCR=0,11, DNI =2700 kWh/m²a)

5000 MW

ESTE

Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 52

En resumen:

Ø Enorme potencial para la Solar Termoeléctrica a medio Plazo (¿5% de la electricidad mundial para 2040?, ¿18-66 GWe en España?, de Electricidad “gestionable”).

RETOS (para un éxito semejante al de la eólica):Ø Las primeras plantas han de ser “un éxito”Ø Reducir los costes de generación:

• Despliegue continuado de plantas, con tiempo de incorporar innovaciones

• Mayor competencia• Nuevas tecnologías / Innovaciones• Plantas de mayor tamaño

Ø Reducir el consumo de agua (de los ciclos de vapor) que las hagacompatibles con zonas desérticas

Ø Promover la cooperación e interconexión eléctrica con el Norte de África (y el Medio Este), auténticas “minas solares”.

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Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 53

…Desde la Plataforma Solar de Almería (PSA),

seguiremos “acompañando” (con I+D+…) el despliegue comercial de la Solar Termoeléctrica

Panorama Actual y Perspectivas de Expansión de la Solar Termoeléctrica. 4.Nov. 2010. F. TéllezSlide 54

[email protected]

www.psa.es

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