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El Blog de Ignacio Mártil

Energía termosolar, ¿una alternativa de futuro en el sector renovable?

15 julio, 2019 Ignacio Mártil 5 COMENTARIOS

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Las plantas de producción de energía eléctrica que utilizan combustibles fósiles basan su principio de funcionamiento en la obtención de calor mediante la quema de esos combustibles para hervir agua y generar vapor. El vapor de agua se dirige hacia los álabes de una turbina que, a su vez, acciona el rotor de un generador para producir electricidad. Este procedimiento, basado en la Ley de Faraday, se ha generalizado a lo largo del siglo XX y mediante él hoy en día se obtiene el 85 % del total de la energía eléctrica producida en el mundo. Las consecuencias que tiene la quema de esos combustibles sobre el clima son sobradamente conocidas.

Pero hay alternativas que no precisan de la quema de combustibles fósiles para obtener electricidad. Las energías renovables (hidráulica, eólica y solar) pueden mover las turbinas de un generador recurriendo a otros procedimientos. En este artículo describiré una de las tecnologías más modernas y con un cierto potencial de futuro: la energía termosolar.

Fundamentos de las centrales termosolares

Las centrales de generación de energía termosolar se basan en la utilización de espejos que concentran la radiación del sol para obtener vapor de agua, que posteriormente se dirige hacia los álabes de una turbina para moverlos y producir así electricidad. A grandes rasgos, una central termosolar consta de tres unidades principales:

  1. Captadores solares, esencialmente espejos de diversas geometrías que reflejan la luz del sol y la concentran en un determinado foco, convirtiendo la energía solar en energía térmica.
  2. Un medio de almacenamiento del calor mediante vapor de agua o sales fundidas.
  3. Un generador de energía eléctrica, que produce electricidad mediante una turbina accionada por el vapor obtenido en la conversión de la radiación solar en calor.

Las centrales termosolares son de cuatro tipos principales: concentradores lineales, concentradores con lentes de Fresnel, concentradores de torre y concentradores Stirling. En la siguiente figura los muestro y a continuación describo los fundamentos de cada uno:

Las cuatro clases de centrales termosolares.
Los cuatro tipos de centrales termosolares: (A) Lineales; (B) Espejos de Fresnel; (C) De torre; y (D) Stirling

(A) Concentradores lineales: su funcionamiento se basa en captar la energía del sol usando espejos rectangulares curvados en forma de U, orientados hacia el sol; recogen la luz de este y la concentran en tubos que corren paralelos a lo largo de los espejos y están situados en la línea focal de estos. La luz solar reflejada calienta un fluido que circula por los tubos. Ese fluido se utiliza posteriormente para hervir agua en un generador de turbina de vapor convencional que produce electricidad.

(B) Concentradores de espejos de Fresnel: similares a los anteriores, el tubo receptor está situado por encima de varios espejos orientados con diferentes ángulos, de manera que todos redirigen la radiación solar hacia el tubo.

(C) Concentradores de torre: utilizan un gran campo de espejos planos denominados helióstatos para enfocar y concentrar la luz solar en un receptor situado en la parte superior de una torre. Un fluido se calienta en el receptor y se emplea para obtener vapor que, a su vez, se dirige hacia un generador de turbina convencional para producir electricidad. Algunas torres de energía utilizan agua como fluido, mientras que otros diseños avanzados están experimentando con sales de nitrato fundidas debido a sus superiores capacidades de almacenamiento del calor.

(D) Concentradores Stirling: hacen uso de un espejo circular similar a los platos que se emplean en las antenas parabólicas de captación de señales de televisión por satélite. La superficie del disco recibe la luz solar y la redirige concentrándola en un receptor térmico, que absorbe y recoge el calor y lo transfiere a un motor de émbolo, similar a los pistones de los motores de combustión interna. Este sistema utiliza el fluido calentado por el receptor para mover los pistones del motor y transformar la energía calorífica en energía mecánica. La energía mecánica posteriormente se utiliza entonces para mover un generador para producir electricidad.

Costes de la electricidad termosolar

Este es el principal factor que frena el desarrollo e implantación de esta tecnología. Un reciente estudio realizado por el Fraunhofer Institut, que se actualiza cada año, demuestra que, si bien se lograrán reducciones significativas de precios en los próximos años, el coste de la electricidad de origen termosolar seguirá siendo superior al de las otras fuentes renovables, incluso más allá de 2035, con costes en el margen de 6-8 euros/kWh, superiores a las previsiones establecidas para las principales tecnologías renovables: 3-5 euros/kWh para la solar fotovoltaica, o bien 4-6 euros/kWh para la eólica “on shore”. Sólo en zonas con altos niveles de irradiación (por encima de 2.000 kWh/metro cuadrado/año, típico del sur de Europa y norte de África) podrá llegar a ser competitiva.

No obstante, su capacidad de almacenamiento a gran escala la hace una tecnología sumamente atractiva, con lo que tal vez se podrían compensar sus costes superiores. En todo caso, con los datos de los que disponemos en la actualidad, su impacto en los mix energéticos futuros no parece que vaya a ser significativo.

Etiquetas
energía termosolar energías renovables generación de energía eléctrica sector renovable

Modelo energético distribuido: ventajas

Energía solar fotovoltaica en España: ¿un nuevo futuro?

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Comments

  1. M en C Rogelio F. Nochebuena Tinoco says

    31 julio, 2019 at 8:32 pm

    Mi estimado Dr. Mártil, muchas gracias por el artículo que presenta, lo encuentro muy interesante y creo que, aun cuando la tecnología termosolar tiene definitivamente algunas ventajas con respecto a otras formas de generación de tipo renovable, su costo es muy alto y aun cuando el vector muestra un tendencia a bajar su pendiente es muy ligera. También los costos que nos muestra están un poco lejanos de la realidad presente; por tanto temoelectricidad en ninguna forma pueden competir con la energía eólica y solar en ceteris paribus.
    Porque ahora podemos tener un costo por Wp para eólico a utility scale en tierra del alrededor de los $0.6 USD, para solar de $0.80 USD
    Basado en esos números y el hecho que el costo del Almacenamiento de Energía también ha experimentado una reducción substancial en precio, ahora podemos almacenar energía de nuevo a utility scale en el rango de $250 USD/KWh.
    Como están las cosas podemos generar electricidad con un margen de ganancia decente de alrededor de $0.025 USD/KWh para «off-shore» y $0.03/KWh para solar; estoy al tanto que en subastas estos precios son aún menores, pero para empresas medianas estos números son atractivos.
    Un punto de referencia hace unas semanas se anuncio que LADWP(Los Angeles Department of Water and Power) entró en un convenio para comprar energía de 8minute Energy que tan acertadamente dirige mi amigo el Dr. Tom Buttgenbach (Caltech grad). A un precio de $0.019 USD/KWh y de $0.023 USD/KWh, incluyendo Almacenamiento de Energía.
    A ver si cualquier forma de Termosolar puede competir con estas ofertas.
    Otra cosa que debemos de tener presente en termosolar es que se requiere agua para que opere y para mejor rendimiento en el almacenamiento de energía usando molten salts, la captación de luz solar debe siempre de operar al máximo, algo que no se puede controlar aun cuando se tengan seguidores de 2 dimensiones.
    Mientras que eólico y solar no requieren de agua y pueden operar a diferentes niveles de eficiencia.

    Responder
  2. yovany says

    3 febrero, 2020 at 2:57 am

    Teniendo en cuenta que los sistemas de almacenamiento de energía que necesitan las plantas fotovoltaicas son por el momento más caros que los sistemas de almacenamiento de energía que usan las plantas solares termoeléctricas, ¿qué sistema de generación sería mejor de cara a su gestionabilidad?

    Responder
  3. generadores inverter says

    15 febrero, 2020 at 5:47 am

    Siempre hay que estar preparado con un generador electrico en casa en caso de cualquier situacion

    Responder
  4. Manuel Jesús says

    14 noviembre, 2021 at 8:07 pm

    Buenas tardes, acabo de descubrir su blog, ¿conoce algún estudio sobre la tasa de retorno energético de la termosolar?

    Responder
  5. CuriosoTotal says

    19 noviembre, 2021 at 3:06 pm

    Muy buen artículo. Pero creo que hay algunos temas importantes que no quedan claro:
    – La energía termolosar es capaz de producir energía las 24 horas del día, al contrario que la fotovoltaica.
    – España es líder mundial tecnológico en esta tecnología.
    – España sí sería una de las zonas donde los costes serían menores.
    – Actualmente, las centrales termosolares más antiguas no disponen de sistema de almacenamiento, con lo cual con una inversión pequeña podría tener un peso mayor en el consumo nocturno.

    Todo esto, en su conjunto, lleva a una pregunta: ¿A España no le interesa mas potenciar este tipo de sistema y ampliar su impacto en el mix energético, que ampliar otro tipo de fuente energética, como puede ser la nuclear, y que debería empezar a regularse?

    Responder

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Ignacio Mártil

Ignacio Mártil

Soy Doctor en Física (1982) y Catedrático de Universidad (2007) en el área de Electrónica. Realizo mi actividad investigadora en la Universidad Complutense de Madrid, de carácter marcadamente experimental, en el campo de la física de los semiconductores. Soy especialista en propiedades eléctricas y ópticas de estos materiales, así como en dispositivos electrónicos y opto-electrónicos basados en ellos, siendo mi principal objetivo en la actualidad el estudio de conceptos avanzados en células solares.

Mi trabajo científico se concreta en los siguientes indicadores principales: soy co-autor de más de 150 artículos científicos publicados en revistas de alto impacto de ámbito internacional; he presentado cerca de 100 ponencias en congresos internacionales; he participado y participo, como Investigador Principal o como miembro del equipo investigador, en 22 proyectos de investigación financiados con fondos públicos en concurrencia competitiva; he dirigido 7 Tesis Doctorales; finalmente, soy evaluador de publicaciones (“referee”) de 15 revistas científicas internacionales.

Soy miembro de la Real Sociedad Española de Física y realizo un intensa labor divulgativa mediante mi blog personal "Un poco de Ciencia, por favor", que se encuentra alojado en el diario Público

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