El sector de las centrales térmicas solares en Alemania
Con las centrales solares térmicas, la energía del sol se transforma en electricidad en grandes plantas técnicas.
Aspectos básicos de la tecnología
Las tecnologías establecidas hasta ahora se diferencian principalmente por la forma de concentrar los rayos solares. En las centrales solares con colectores parabólicos, torres solares y colectores paraboloides se concentra la radiación directa por medio de reflectores. La energía concentrada de este modo se utiliza para la generación de vapor con el que se accionan los generadores eléctricos convencionales.
El campo solar de una central solar con colectores parabólicos contiene varias filas paralelas de colectores de 20 a 150 metros de largo, compuestos por espejos convexos y que concentran la luz solar en un tubo absorbedor que transcurre por la línea del punto de cruce. La radiación solar concentrada en los tubos absorbedores calienta agua por medio de un intercambiador de calor a temperaturas de unos 400 °C. El vapor de agua generado de este modo, como en las centrales de turbinas de gas o de vapor convencionales, acciona un generador. Las centrales solares con colectores parabólicos producen, desde hace ya 15 años, electricidad a precios competitivos, por ejemplo, en el desierto de Mojave. Hasta ahora, las 9 centrales instaladas allí han generado más de 12 TWh de electricidad solar. La primera central europea entrará en funcionamiento en 2009 en Andalucía, en el Sur de España. Tres bloques, cada uno de ellos de 50 megavatios de potencia y una superficie de colectores de 512.000 m2 suministrarán electricidad ecológica a unas 200.000 personas. Empresas alemanas han participado decisivamente en la planificación y materialización.
El perfeccionamiento práctico de los colectores parabólicos ha llevado también a los llamados colectores Fresnel. En ellos, espejos dispuestos en facetas concentran la energía solar con la que se calienta el agua directamente en el tubo absorbedor y se evapora. Por medio de un espejo secundario sobre el tubo absorbedor, estas centrales logran la misma potencia con superficies de espejo más pequeñas.
En las centrales de torres solares, la radiación solar de cientos de espejos de posicionamiento automático se concentran en un intercambiador de calor/absorbedor central. Las temperaturas, con 1.300 °C, alcanzan valores superiores que con los colectores parabólicos. El calor de proceso puede generarse prácticamente con la temperatura que se desee y utilizarse también para procesos químicos. Sin embargo, el calor generado en el absorbedor se utiliza normalmente para la generación de electricidad a través de una central de turbinas de vapor o de gas. La primera central de torre solar comercial de Europa se construyó en el año 2006 en Sevilla, España y alcanza una potencia de 11 MW. Hasta 2008 debe construirse otra torre con 20 MW. Existen otros proyectos internacionales planificados por empresas alemanas. En Alemania se inició a mediados de 2006 en Jülich la construcción de una central de torre solar. Esta central utilizará un acumulador para compensar las oscilaciones en la oferta de potencia de la radiación solar. De este modo, la generación de electricidad en la central puede realizarse independientemente de la radiación solar y, por lo tanto, pensando en el consumo. Las experiencias de construcción y explotación de esta central única en el mundo son la base para la optimización posterior de los proyectos futuros.
En las centrales solares de colectores paraboloides, un espejo acodado parabólicamente y giratorio en dos ejes refleja los rayos solares sobre un receptor de calor dispuesto en el punto de cruce. Aquí se generan temperaturas de hasta 1.000 °C. Como medio de transmisión para estas temperaturas se utiliza, por ejemplo, aceite, con cuyo calor se genera el vapor de agua que acciona las turbinas en el generador de electricidad. La potencia eléctrica de los espejos individuales oscila entre 10 y 50 kilovatios por planta, que están en complejos mayores.
En las llamadas plantas dish-stirling es el receptor de calor, en este caso una parabólica, un motor Stirling pospuesto, el que transforma la energía térmica directamente en trabajo mecánico o electricidad. Aquí pueden alcanzarse eficacias de más del 30 %. Existen plantas prototipo, por ejemplo, en la Plataforma Solar de Almería/España. Estas plantas son apropiadas como sistemas independientes. También aquí existe la posibilidad de interconectar varias plantas independientes en una «granja» y cubrir de este modo un consumo entre 10 kW y varios MW.
Perspectivas
El gobierno federal alemán fomenta el desarrollo de las centrales solares térmicas desde hace varios años y Alemania es líder mundial en la investigación y desarrollo de esta tecnología. Todos los componentes fundamentales, como por ejemplo, los espejos de precisión para las centrales solares de colectores parabólicos se desarrollan y producen en Alemania. Durante la construcción y explotación de diferentes proyectos pioneros de estas centrales – todas bajo dirección o con participación alemana – se recopilaron valiosas experiencias. Las centrales solares térmicas pueden utilizarse permanentemente por medio de sistemas de acumulación de calor bien meditados. Actualmente, se están perfeccionando en Alemania diferentes métodos de acumulación e investigando métodos eficientes para la combinación con las centrales eléctricas convencionales.
Las centrales solares térmicas jugarán en el futuro un papel importante en el suministro mundial de energía. Los estudios han mostrado que para 2050, aproximadamente el 15 % del consumo de electricidad europeo podría proceder de centrales solares en el Norte de África y en Oriente Medio. El requisito para ello es una infraestructura de conducciones adaptada para el transporte de la electricidad y reglas claramente definidas para la alimentación en la red eléctrica pública.
Una variante técnica son las centrales solares térmicas sin concentración de la radiación directa. En una denominada central de viento ascendente, se calienta aire debajo de una superficie cubierta grande por medio de radiación solar. Esta superficie es estanca al aire, con una chimenea en el centro. A través de ranuras de ventilación en el extremo de la chimenea, el aire caliente circula hacia arriba en la chimenea y en el interior de la misma. Este viento ascendente acciona una o varias turbinas de viento y el generador acoplado transforma la energía del movimiento en electricidad. Una central de viento ascendente con una potencia de 200 MW, con planificación alemana, se acabará de construir en Australia en 2008.
Actualmente se encuentran ya en planificación y construcción muchos nuevos proyectos bajo dirección o participación de empresas alemanas, especialmente en el Sudoeste de los Estados Unidos, Norte de África y España.
