PS20, la Mayor Planta Comercial Termosolar del

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Termosolar: instalaciones y proyectos
PS20 mayor planta termosolar comercial
del mundo con tecnología de torre,
de 20 MW de potencia
A finales del pasado mes de abril comenzaba la operación comercial de PS20, la
mayor planta comercial en todo el mundo con tecnología de torre central y
helióstatos, situada en la Plataforma Solúcar, en la localidad de Sanlúcar La Mayor
(Sevilla). Con 20 MW de potencia, el doble que su predecesora PS10, PS20 incorpora
avances tecnológicos muy importantes respecto de aquella: un receptor con más
eficiencia, mejoras en los sistemas de control y operación y en el sistema de
almacenamiento térmico de energía; avances conseguidos gracias a la experiencia
acumulada, que ha permitido un salto cualitativo en la tecnología de torre. La planta,
construida por Abener Energía, fue entregada a finales de abril, tras los tres días de
pruebas de producción y funcionamiento, en los que se superó la producción de
electricidad teórica de diseño, lo que permitió dar por concluido el proyecto de
construcción de PS20, cuyos trabajos habían comenzado en noviembre de 2006.
L
a planta está formada por un campo solar que cuenta con 1.255 helióstatos diseñados por Abengoa
Solar. Cada helióstato, de 120 m2 de superficie, refleja la radiación solar que reciben
sobre el receptor situado en lo alto de la
torre de 165 metros de altura produciendo
el vapor que permite la generación de electricidad en la turbina.
PS20 producirá anualmente energía limpia
suficiente para el suministro de 10.000 hogares, y evitará la emisión a la atmósfera
de aproximadamente 12.000 t de CO2.
La inversión de PS20 ha sido financiada por
un sindicato de bancos compuesto inicialmente por las entidades Caja Madrid y Natixis, uniéndose poco después el Banco Europeo de Inversiones y la Caja de Ahorros
del Mediterráneo.
De PS10 a PS20.
Los pilares de la Plataforma
Solúcar
necesitan de una precisión excepcional y un
tratamiento especial de los espejos para
conseguir el radio de curvatura adecuado.
PS20 es la segunda generación de plantas
con tecnología de torre central y helióstatos
construida por Abener para su cliente Abengoa Solar. El know-how adquirido en la
construcción y operación de PS10, en marcha desde marzo de 2006, ha permitido a
Abengoa Solar la incorporación de un buen
número de avances tecnológicos, acometiendo la construcción de esta segunda iniciativa comercial en este campo de una
manera más efectiva y menos costosa,
mejorando la calidad del producto final.
Pero además, PS20 es una de las centrales
que integran la Plataforma Solúcar (Sanlúcar la Mayor, Sevilla), que está siendo construida por Abener. Está compuesta por
nueve centrales termosolares y fotovoltaicas, siendo el único lugar del mundo que
concentra casi todas las tecnologías solares
existentes en operación comercial. Se trata
del mayor complejo europeo que existe de
energía solar, con una potencia nominal de
300 MW, 50 de los cuales son obtenidos a
partir de tecnología de torre (aportando
entre PS10 y PS20 31 MW) y otros 250
procedentes de colectores cilindro-parabólicos; actualmente se encuentran en construcción las tres primeras de estas cinco
plantas de colectores cilindro-parabólicos,
Solnova 1, 3 y 4.
Esta experiencia acumulada permite que el
paso de PS10 a PS20 no haya consistido
simplemente en un aumento de tamaño
del campo solar, y en consecuencia de la
potencia, sino que PS20 incorpora importantes mejoras respecto del diseño de
aquella. Estas novedades afectan a varios
de los equipos críticos de la central, tal es
el caso del receptor; la instalación de un
nuevo diseño de receptor de circulación
natural y un aumento del aprovechamiento de la radiación solar incidente han permitido la disminución, de forma sustancial,
de los autoconsumos de la planta, aumentando la potencia neta.
Además el diseño y control de los helióstatos también ha sido mejorado. Al aumentar
el tamaño del campo solar, los helióstatos
situados en las filas más alejadas de la torre
Junio 2009
La Plataforma Solúcar, es también un importante centro de I+D, y a la vez que alberga plantas comerciales como las ya mencionadas, unas ya en operación comercial y
otras en construcción, se llevan a cabo diferentes proyectos de demostración. En este
ámbito se encuentran ya en funcionamiento una planta de ocho discos Stirling de 10
kW cada uno y una planta experimental de
torre de alta temperatura considerada
como la segunda generación en plantas de
torre. La tecnología de receptor incorporada en esta planta experimental permitirá
producir vapor sobrecalentado.
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Por tanto, no es aventurado decir que la
Plataforma Solúcar es un proyecto de referencia en cuanto a criterios de innovación
tecnológica y sostenibilidad. Cada una de
sus instalaciones sigue un proceso completamente limpio y cuenta con una estructura diseñada para encajar en perfecta armonía con el entorno natural.
Extendida sobre un terreno de aproximadamente 1.000 ha, tiene prevista su finalización en 2013. Proporcionará electricidad
limpia para 153 000 hogares y evitará la
emisión de 185 000 toneladas anuales de
CO2, alcanzando los 4 millones de toneladas a lo largo de su vida útil.
Descripción general
de la planta
PS20 es una planta termosolar de concentración que trabaja según el concepto de
generación directa de vapor saturado a
250 ºC y 40 bar..
Está compuesta básicamente por el campo
solar, la torre donde se ubica el receptor
solar, y un bloque de potencia cuyo elemento principal es una turbina de vapor,
donde se turbina el vapor generado a partir de la energía térmica obtenida de la radiación solar. Además cuenta con un sistema de almacenamiento de vapor que
permite mantener la turbina en funcionamiento en períodos de baja irradiación solar. Asimismo está dotada de una caldera
auxiliar, que sirve de apoyo al sistema de
almacenamiento térmico, y que de acuerdo con la legislación vigente en nuestro
país, puede quemar entre un 12% y un
15% de gas natural.
El campo solar de PS20 está compuesto
por un total de 1.255 helióstatos, espejos
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Hitos de construcción
Inicio construcción ...........................................................................
Firma financiación estructurada .......................................................
Adjudicación contrato suministro, montaje y puesta
en marcha turbogrupo.................................................................
Izado receptor solar .........................................................................
Entrega turbogrupo .........................................................................
Entrega de la planta a Abengoa Solar..............................................
móviles que concentran la radiación solar
en el receptor solar. Éste se encuentra ubicado en una cavidad situada en la parte superior de la torre, cuya altura total es de
165 m. Este equipo concentra la energía
solar reflejada por los helióstatos y la transmite al fluido de trabajo generando vapor,
que se utiliza en una turbina de vapor para
producir electricidad, mediante un generador conectado a ella.
La energía generada en la planta, una vez
transformada a la tensión de red, se inyecta en la misma mediante una subestación
eléctrica, que comparte con PS10.
En lo que respecta a su funcionamiento,
una de las principales dificultades reside
en el control de los helióstatos. Si varios
de ellos se desenfocan pueden generar
puntos calientes, que podrían dañar el
receptor debido a las altas temperaturas
que se alcanzan. Otro problema vinculado a los helióstatos es la limpieza de su
superficie, ya que a medida que se ensucia la superficie reflectante se produce
una pérdida considerable de eficiencia.
Adicionalmente el viento también puede
suponer un inconveniente, los helióstatos se colocan en posición vertical (posición defensiva) para evitar daños en su
estructura.
noviembre 2006
noviembre 2006
diciembre 2006
noviembre 2008
enero 2009
abril 2009
Campo solar
El campo solar de PS20 está compuesto
por un total de 1.255 helióstatos de 120 m2
de superficie unitaria, lo que supone una
superficie reflectiva total de más de
150.000 m2, casi el doble que en PS10, y
un campo solar de 85 ha.
Los helióstatos están dispuestos en hileras,
hasta un total de 45, de forma que la torre
no queda completamente rodeada, sino
que el campo de helióstatos se encuentra
situado a uno de los lados (campo norte);
siendo esta distribución una de las más
convencionales en este tipo de instalaciones. La principal función de los helióstatos
consiste en captar la radiación solar y dirigirla hacia el receptor. Están compuestos
por una superficie reflectante, habitualmente espejos de vidrio, una estructura soporte y mecanismos que permiten orientarlo para seguir el movimiento del sol.
Helióstatos
En PS20 se han instalado los mismos helióstatos que en PS10, diseñados por Abengoa
Solar, corriendo su fabricación y montaje a
cargo de Abener, trabajos que se realizaron
en la nave de montaje de helióstatos situada en la misma planta de PS10.
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Los helióstatos se fabrican en taller sobre
una bancada circular que se sitúa en el
centro del helióstato. Una vez concluidas
todas las operaciones de fabricación y ajustadas las cotas de alineación de los espejos
para formar el paraboloide, el helióstato se
transporta al campo donde se monta sobre
un pedestal metálico de 6 m de altura.
Estos dispositivos están dotados de seguimiento en dos ejes, movimiento azimutal y
de elevación, lo que permite modificar su
orientación a lo largo del día, de forma que
en todo momento son capaces de enviar al
receptor la radiación solar que reflejan. Su
diseño, en el que se han empleado los últimos procedimientos de cálculo y herramientas de simulación, permite minimizar
las pérdidas debidas al ángulo de inclinación, por sombreado, y por transmitancia
al aire, etc.
Torre: diseño y proceso
de construcción
Con un diseño espectacular, desde el punto de vista técnico y visual, la torre de PS20
representa una magnífica obra de ingeniería que, con 165 m de altura, difícilmente
logra pasar desapercibida ante quien la
contempla.
Integrada por dos fustes independientes,
se optó por una solución que minimizara el
concepto de torre para alterar lo menos
posible la armonía natural del terreno. De
igual forma, la pintura exterior ha sido escogida especialmente en función de las ca-
racterísticas del entorno que
rodea a la central. Cabe destacar además que al contar
con dos fustes independientes, se garantiza la existencia
de dos vías de evacuación del
personal.
En apariencia es idéntica a la
torre de PS10, si bien su perímetro es mayor y además la
supera en más de 50 m de altura. Para soportar la concentración de calor, la superficie de hormigón que
recubre la cavidad donde se
ubica el receptor, está protegida con placas aislantes. En
la parte más alta de la torre
se sitúa el sistema de balizamiento, formado por tres luces con destello. Otras tres
más van ubicadas a media altura.
Cabe destacar la ausencia total de incidentes durante el transcurso de los trabajos,
que fueron acometidos cumpliendo las
máximas medidas de seguridad.
Receptor solar
En la parte superior de la torre, a 126 m de
altura, se encuentra situado el receptor solar, con geometría en cavidad y recirculación natural. Desde este punto el receptor
domina visualmente el campo solar, y concretamente cada uno de los 1.255 helióstatos que lo componen, y que concentran
sobre él la radiación que reciben.
El desafío se centró en izarlo a su posición a la altura citada sin medios de elevación externos y sin deformarlo, lo que
se realizó con tracción proporcionada por
gatos trepantes y manteniéndolo en su
trayectoria a pesar del viento y los movimientos inerciales con un sistema de
guiado funicular.
Mientras no ha estado operativo el receptor, se ha utilizado como diana un punto
virtual del espacio próximo al receptor, resultando práctico y seguro, en el que se ha
concentrado toda la potencia incidente reflejada por los helióstatos.
Sistema de acumulación
de vapor
El sistema de acumulación de vapor tiene
como función principal aportar el vapor
necesario para el funcionamiento de la turbina en aquellas condiciones especiales de
operación (períodos transitorios sin sol o
estrategias especiales de operación) en las
que el vapor procedente del receptor solar
sea insuficiente para mantener a la turbina
en funcionamiento.
Esta función se realiza a través del almacenamiento térmico mediante la acumulación de vapor saturado a presión flotante.
Durante la producción normal de la central, parte del vapor producido en el receptor solar es derivado a los acumuladores
para su almacenamiento. Mientras que
durante los periodos con nubes, los acumuladores descargan vapor en unas condiciones que permitirán operar la turbina
de vapor.
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La acumulación de energía
en una central termosolar
La generación de electricidad en centrales
termosolares tiene una particularidad que
se deriva de la propia naturaleza de su
fuente de energía, el sol. El foco de calor
no funciona de forma constante, a diferencia de sistemas tradicionales como los generadores, el alternador o la turbina de vapor. Actualmente, la única fórmula para
tratar de equiparar el funcionamiento de
ambas instalaciones consiste en acumular
la energía y emplearla en aquellas ocasiones en las que el sol no es lo suficientemente potente. Esto es posible gracias a
los llamados acumuladores, unos depósitos
encargados de almacenar agua y vapor.
El diseño de toda central termosolar requiere de una estrategia específica de producción y acumulación, adaptada a su situación geográfica, su climatología, las
estaciones del año y las horas de sol al día.
Buen ejemplo de ello es PS20, diseñada
para producir energía en exceso a partir de
cierta hora de la mañana. El excedente, depositado en los acumuladores, es empleado para seguir generando electricidad durante la tarde, cuando la potencia de los
rayos solares no es lo suficientemente fuerte como para mantener los sistemas en
funcionamiento.
mite evacuar las calorías necesarias de
modo altamente eficiente, incluso cuando
las temperaturas alcanzan valores muy
elevados, al tener como temperatura de
referencia el bulbo húmedo y no la temperatura ambiente. La torre de refrigeración se ha ejecutado en acero galvanizado
con paneles de cerramiento y virolas en
poliéster para conseguir un acabado integrado en el paisaje.
Sistemas auxiliares
Caldera auxiliar
La caldera auxiliar, permite mantener estable el sistema de almacenamiento, además
de utilizarse en los arranques y tras las paradas de la planta.
Plantas de tratamiento de agua
y efluentes
La planta está equipada con una planta
de tratamiento de agua y otra de efluentes, ambas suministradas por Befesa, empresa que forma parte de Abengoa. El
agua desmineralizada necesaria para el
funcionamiento del ciclo de potencia, y el
agua osmotizada que se emplea en el
proceso de lavado de los helióstatos provienen de PS10.
Sistema de control
El sistema de control distribuido se opera
conjuntamente desde PS10, aunque en
PS20 también hay una sala de control. Está
concebido para dotar a la planta de la mayor eficiencia, disponibilidad y seguridad
posibles.
El sistema de control del campo solar está
formador por un total de 1.281 controladores interconectados entre sí por medio
de cerca de 60.000 km de fibra óptica; el
tiempo de respuesta del sistema, muy inferior al segundo, determina en cada momento la posición a la que se debe orientar
cada helióstato con objeto de que el sol reflejado incida de forma precisa en la cavidad del receptor, que es el punto de concentración de toda la energía solar.
El sistema de control actualiza en cada instante el estado de todo el campo solar,
condiciones ambientales y otras variables
de la planta, generando las órdenes oportunas de control sobre los 1.255 helióstatos, los cuales se orientan siguiendo las
mismas como robots de gran precisión.
Toda la central funciona totalmente en
modo automático, requiriéndose la intervención del operador de planta sólo en situaciones aisladas.
Además del ciclo diurno natural del sol, se
han de tener en cuenta los periodos transitorios de nubes, muy comunes en estaciones con amplio dinamismo como la primavera y el otoño. Para estos periodos, se
requiere organizar estrategias de operación diarias.
Otra solución es el empleo de una caldera
de gas auxiliar con un tamaño capaz de
proporcionar dicho mínimo técnico para
así mantener el turboalternador funcionando sin detrimento de su integridad.
Turbina de vapor
En la planta se ha instalado una turbina de
vapor de 20 MW, de dos cuerpos.
Sistema de refrigeración
La refrigeración de la central se realiza en
circuito cerrado mediante la utilización de
una torre de refrigeración. Esta torre per-
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