La problemática de la reducción de costes en la industria termosolar, está haciendo que diversos organismos, entre ellos el Departamento de energía estadounidense, estén aportando recursos para la investigación de sistemas que permitan reducir los riesgos de los inversores. En este sentido, CSP Today ha realizado una entrevista al Dr. Klaus Brun, director de programas del SwrRI
sobre el futuro de la tecnología de reducción de costes de CSP y la necesidad de colaboración entre diferentes campos, y acerca de cómo contribuirá la reciente investigación al sector.
Los costes elevados y la CSP son una inoportuna y, hasta ahora, inseparable pareja. El Departamento de Energía estadounidense y la iniciativa SunShot han destinado 56 millones de dólares a la promoción de reducciones de costes en la tecnología de CSP. Las últimas de estas atribuciones han asignado 12,3 millones de dólares al Instituto de Investigación del Suroeste (SwRI, por sus siglas en inglés) para dos proyectos independientes de CSP (cada uno de los cuales incluye un 20 % de cofinanciación del sector). El primer proyecto, valorado en 8,5 millones, supone la colaboración del SwRI con General Electric, Bechtel Marine Propulsion Corporation y Thar Energy LLC para desarrollar un ampliador turbo de gas caliente de dióxido de carbono supercrítico (s-CO2). Consiste en el desarrollo de un sistema de turbina de gas híbrido de CSP con cámara de combustión de ciclo Brayton al aire libre y combinará turbinas de gas convencionales con tecnología de CSP para promover una fuente de energía rentable y eficiente.
El primer proyecto incluirá el diseño de un ampliador de turbina de gran eficiencia para ciclos de CO2 supercrítico. El ciclo que estamos estudiando es uno recuperado doble que nos permitirá lograr niveles de rendimiento superiores al 50 % que está buscando el DOE. Se trata de una tarea bastante ambiciosa para la CSP. Para conseguir este elevado índice de eficiencia, la turbina tiene que funcionar a temperaturas y presiones elevadas que van más allá de las posibilidades de cualquier tecnología existente. Por lo tanto, el SwRI, junto con GE, diseñará un nuevo ampliador de turbina que funciona con s-CO2 y está diseñado concretamente para este ciclo de CSP de temperatura y presión elevadas. Esto se va a realizar en una escala de megavatio (los estudios previos se han limitado a márgenes de kilovatio). La primera fase abarcará el diseño de la turbina; la segunda, su fabricación y puesta en marcha; y la tercera, las pruebas finales. Todo ello se tendrá que llevar a cabo en los próximos 36 meses.
El s-CO2 cuenta con ventajas termodinámicas que nos permiten lograr una eficiencia razonablemente elevada a las temperaturas de este ciclo, que son inferiores a las de los de vapor o aire. Sin embargo, los de s-CO2 están ahora mismo en subdesarrollo: algunos de los componentes necesarios no existen, incluida la expansión que se está desarrollando actualmente. La verdad es que esta expansión presume de ser tecnología líder de vanguardia ya que estamos combinando temperaturas y presiones elevadas con un gas extremadamente denso (s-CO2). Esto significa que estamos avanzando con el desarrollo de esta tecnología, ya que no se había realizado a esta escala.
CSP Today: ¿A qué otros retos se están enfrentando a la hora de desarrollar esta nueva tecnología?
Ahora, la tecnología del intercambiador térmico es bastante cara, así que estamos trabajando en el desarrollo de nuevos sistemas que reduzcan los costes del ciclo en su conjunto. También existe el peligro de la corrosión cuando se emplea s-CO2. Es importante tener en mente que las ayudas, en el marco de la iniciativa SunShot, no son necesariamente mutuamente excluyentes. Por ejemplo, otros proyectos enmarcados en esta iniciativa están analizando el desarrollo de receptores. El éxito de nuestro proyecto depende, en parte, del éxito en el desarrollo de otros proyectos incluidos en la iniciativa. Todo el concepto de la iniciativa SunShot busca identificar áreas de necesidad en CSP, poner en marcha varios proyectos y, finalmente, reunirlo todo para lograr un índice de CSP de rendimiento superior al 50 % que desea el DOE.
Un factor que hemos identificado es la necesidad de promover la comunicación de conocimiento entre las diferentes áreas de investigación. Ahora estamos organizando un taller junto con NREL y NTEL con el fin de desarrollar unas pautas para el futuro de la CSP, coorganizado por el DOE. Por ejemplo, se está investigando en el uso de s-CO2 como gas de trabajo por parte de expertos de los sectores nuclear, del carbón, y de la recuperación de desperdicios energéticos. De todas maneras, existe una falta de comunicación entre estas áreas a pesar del hecho de que podría haber mucha información que se podría compartir para el beneficio mutuo de todos los involucrados. El taller también ofrecerá la oportunidad de identificar nuevas tecnologías que se tienen que desarrollar para que se pueda poner en marcha la financiación adecuada.
¿Como contribuirá la cámara de combustión del ciclo Brayton al aire libre para CSP a una mayor eficiencia?
Emplea una turbina de gas convencional. Una turbina de gas cuenta con un compresor, una cámara de combustión y una turbina. Normalmente, se pone gas natural en la cámara, que luego se calienta y expande el aire en la turbina para producir electricidad. El concepto aquí consiste en sustituir o aumentar la cámara de combustión con un intercambiador térmico que emplea energía solar de entrada a través de un receptor solar. Después, está la cámara de combustión convencional para que todavía se pueda poner en marcha la turbina de gas cuando no haya luz solar. El sistema será completamente híbrido, lo que significa que el uso de gases naturales podrá complementar a la turbina cuando los niveles de radiación son bajos y permitir que esta funcione a una eficiencia constante óptima. Hay una variante en la que se podría poner un ciclo Rankine de reserva en forma de una planta de ciclo combinado.
Para este proyecto, tenemos que crear una cámara de combustión que pueda soportar una temperatura de entrada de hasta 1000 ºC porque esta es la temperatura que aguantarán los receptores solares que se están diseñando. Esto significa que la turbina funcionará a unos 1400 ºC. Actualmente, no hay ninguna tecnología de combustión de turbina de gas que sea compatible con esto.
¿Cómo contribuirá esto a lograr los objetivos del DOE de reducir los costes de la CSP?
Como ya he mencionado, el propósito de la iniciativa SunShot es incorporar varios proyectos diferentes para que cuando se integren reduzcan los costes generales del sector de la CSP y conduzcan a importantes mejoras en el rendimiento. La nueva cámara de combustión del ciclo Brayton al aire libre es un paso clave del proceso: un vacío que se ha identificado como una área necesaria en la CSP. El desarrollo de esta nueva cámara, junto con el ampliador turbo de gas, son dos pasos en el camino hacia lograr los objetivos finales de la reducción de costes en CSP.
Está previsto que el taller Supercritical CO2 Technology Road-mapping(Pautas en la tecnología de CO2 supercrítico) se realice el 6 y 7 de febrero de 2013 en el Instituto de Investigación del Suroeste en San Antonio, Texas. Southwest Research Institute, DOE NETL y el NREL del DOE organizan el evento.
