Las centrales termosolares con almacenamiento de energía

En España hay en operación 18 centrales termosolares con almacenamiento, 17 de las cuales son de 50 MW y disponen de una capacidad de almacenamiento de 7,5 horas a potencia nominal; otra, de 20 MW, tiene un almacenamiento de 15 horas.

La suma de toda la capacidad de almacenamiento eléctrico equivalente es de 6.675 MWh con una potencia de entrega de 870 MW. Dichas instalaciones llevan entre 7 y 10 años cargando y descargando diariamente sus tanques con total fiabilidad y sin señales de degradación.

Las centrales termosolares producen electricidad con el calor del Sol durante el día. Su gran diferencial es que pueden acumular esa energía en grandes tanques de sales para liberarlo por la noche. Así permiten el almacenamiento termosolar. La situación es la siguiente: la energía fotovoltaica o la eólica son tecnologías baratas. Instalar un mega de potencia de generación eólico o fotovoltaico cuesta menos que instalar un megavatio de termosolar. Eso sí, ni la una ni la otra pueden almacenar esa producción para inyectarla cuando hace falta, es decir cuando hay demanda.

El almacenamiento de las centrales termosolares

Las centrales termosolares con almacenamiento constituyen, la tecnología con mayor capacidad instalada a nivel mundial para generación eléctrica, tras las centrales hidroeléctricas convencionales.

Este almacenamiento térmico representa, en estos momentos, más de 10 veces en términos eléctricos equivalentes, la capacidad instalada en baterías de ion litio en todo el mundo. Sin embargo, en prácticamente ningún documento oficial ni en las presentaciones de los agentes del sector eléctrico se hace mención de esta tecnología madura, de gran capacidad en términos de volumen de energía, plazo y potencia de entrega, para la generación eléctrica.

Esos 6,7 GWh de capacidad de almacenamiento, que en estos momentos están exclusivamente ligados a la operación rutinaria de las centrales, junto con los 60 GWh adicionales asociados a los 5 GW de nueva potencia termosolar prevista en el PNIEC para 2030, podrían ofrecer servicios de extraordinario valor a nuestro sistema eléctrico a lo largo de la próxima década. Por ejemplo, podrían recoger los excesos de producción de las centrales eólicas y fotovoltaicas cuando se superase la demanda.

centrales termosolares con almacenamiento

Los tanques de almacenamiento termosolar

Los tanques funcionan como una pila que absorbe calor durante el día y la devuelven a demanda. Estos tienen una gran ventaja, y es que los tanques de almacenamiento de las centrales termosolares pueden ofrecer su capacidad, no solo para periodos de horas o días, sino para semanas o meses.

Las centrales termosolares con almacenamiento actúan a modo de reserva estratégica. Esto lo consiguen porque tienen disponible cierto volumen del tanque caliente que no utilizan durante una buena parte del año.

Por ello serían, en este sentido, una alternativa técnica comparable al bombeo, en términos de capacidad y plazo. Sin embargo, presenta el atractivo de no requerir nuevas inversiones para mantener el rendimiento.

El volumen de los depósitos de sales fundidas se dimensiona para no tener que abatir espejos del campo solar los días de mayor número de horas de sol, correspondientes a los meses de junio y julio.

En esos meses la energía almacenada tendría que despacharse en un plazo de horas o de algún día, en función de la meteorología. En el resto del año, la energía almacenada podría conservarse de forma indefinida, sin pérdidas y sin condicionar la operación diaria de la central, hasta que fuera más conveniente entregarla de nuevo a la red.

Las partes del almacenamiento termosolar

Un sistema de almacenamiento de energía térmica consta principalmente de tres partes: el medio de almacenamiento, la transferencia de calor, y los sistemas de contención.

El medio de almacenamiento es el encargado de suministrar o extraer el calor del medio de almacenamiento. Los sistemas de contención sirven aislar el sistema de los alrededores y protegerlo.

El medio de almacenamiento debe poseer unas propiedades, costes y estabilidad adecuadas para garantizar un número elevado de ciclos térmicos. Las propiedades termofísicas son primordiales a la hora de elegir un material. Estas son la densidad, la capacidad y conductividad térmica, el coeficiente de expansión térmico y la estabilidad cíclica. También se debe considerar la disponibilidad del material, los costes y los métodos de producción.

El diseño de los sistemas de almacenamiento consta de tres niveles:

🔅 Nivel de planta: donde se centra en los requisitos para satisfacer las necesidades de la planta y en la integración del almacenamiento con los diferentes sistemas

🔅Nivel de componentes: este se centra en los componentes básicos del sistema de almacenamiento.

🔅Nivel de sistema: donde se realiza una perfecta integración de los componentes buscando perfeccionar su funcionamiento en conjunto.

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Los mecanismos de almacenamiento termosolar

Los mecanismos para almacenar energía en las centrales termosolares son fundamentalmente de tres tipos: calor sensible, calor latente, y reacciones termoquímicas.

🔅 Calor sensible

Se basa en el aumento de temperatura de un material. Se utilizan como medio de almacenamiento materiales con altos puntos de ebullición y gran capacidad térmica.

En el futuro, el desarrollo de este mecanismo pasa por aumentar el rango de temperaturas de funcionamiento.

🔅 Calor latente

Mediante el cambio de fase del material que acumula la energía se genera calor. Normalmente, el cambio de fase utilizado es de líquido a gaseoso o viceversa, aunque también se puede aplicar el cambio de fase líquido a sólido.

Para garantizar que este mecanismo se puede incorporar a una central termosolar, hay que tener en cuenta dos factores: temperatura y calor. Es fundamental conocer la temperatura a la que se realiza el cambio de fase y la cantidad de calor liberada durante el proceso.

🔅 Reacciones termo-químicas

La energía térmica se libera mediante una reacción química producida sobre el medio de almacenamiento.

El principio de funcionamiento de este mecanismo se basa en la liberación de energía que tiene lugar al separar los enlaces que componen la materia. En la actualidad, este mecanismo se encuentra en fase de desarrollo, tan solo se ha aplicado en laboratorios por lo que no ha sido incorporado a ninguna central.

Cómo funcionan las centrales termosolares con almacenamiento

Tecnologías de almacenamiento termosolar

En lo relativo a las diferentes tecnologías empleadas para el almacenamiento de energía en centrales termosolares, los estudios realizados diferencian entre sistemas activos y pasivos.

En los sistemas activos, el material acumulador de energía térmica transfiere la energía directamente al ciclo de potencia mediante un intercambiador de calor.

Por otra parte, los sistemas pasivos son aquellos en los que un fluido absorbe la energía del material acumulador para, posteriormente, transmitirla al ciclo termodinámico a través de un intercambiador de calor.

Las centrales termosolares serán estratégicas en el futuro

Con esta perspectiva, las centrales termosolares podrían contribuir a la firmeza del sistema ofreciendo un coeficiente de disponibilidad similar a las de las centrales convencionales. En los periodos en los que se prevea la punta de consumo, que suelen coincidir en la última parte del año, las centrales termosolares podrían estar preparadas para suministrar su energía a la red si fuese requerido.

Las centrales termosolares tan solo necesitarían añadir un simple calentador eléctrico para pasar las sales fundidas del tanque frío al tanque caliente, mientras que esa misma capacidad de cerca de 70 GWh y 6 GW de potencia de entrega, requerirían inversiones muy elevadas en baterías.

Por tanto, su factor de disponibilidad podría asimilarse al 100 %. Su capacidad es tan grande que la reserva no se agotaría en los momentos puntuales en los que tuvieran que descargar y podría reponerse de forma inmediata en el siguiente día soleado.

El almacenamiento es la muletilla que se usa para salir del paso cuando se ponen sobre la mesa los problemas que tendría la Transición Energética ante escenarios de generación mayoritariamente no gestionable. Solucionarlos con sistemas de baterías o bombeos sería altamente costoso e inviable en régimen de libre mercado.

Por ello, una flota de generación en 2030 con una participación significativa de tecnologías renovables gestionables reduciría notablemente las disfuncionalidades a las que nos abocarían subastas basadas exclusivamente en precios y cuyos problemas son fácilmente previsibles.

Una flota equilibrada de centrales de generación de energías limpias, también reduciría significativamente el nivel de vertidos. Si, además esas renovables, son capaces de ofrecer servicios de almacenamiento al sistema podríamos avanzar más rápidamente hacia la completa descarbonización del sector eléctrico.

Esta hipótesis requiere asegurar la garantía de suministro, y en este punto será fundamental el aporte de las centrales termosolares con almacenamiento.

La gran ventaja de este escenario es la reducción de costes. Anticiparse a los problemas, siempre es la mejor manera de afrontarlos.

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