Energía solar con espejos de Fresnel

El espejo de Fresnel y el aprovechamiento de la energía solar.

23 de agosto de 2005

No soy el único que ha pensado en esto, como demuestra este artículo: http://www.klimaschutz.com/synth/sfc021001.htm

Una lectora, Laure Emmanuelle Muller, nos lo ha traducido. Le damos las gracias.

Hago un resumen antes de la lectura.

Los belgas han optado por una fórmula en la que se utiliza un tubo colector de calor fijo, donde se genera vapor directamente y sobre el cual se concentra la radiación solar mediante una serie de espejos colocados en el suelo, con forma de largas bandas y cuya orientación se ajusta mecánicamente.

eficiencia solarmondo

Sistema "Solarmondo". Espejos planos (1000 m de longitud) rotativos. Tubo colector fijo. Debajo, cultivos.

Como se observa en este esquema, bandas reflectantes, espejos de 1000 m de largo, están fijados sobre un chasis. Bajo este chasis es posible, en regiones con una insolación muy alta, desarrollar cultivos; parte de la energía recolectada podría servir para desalar agua de mar. Un sistema de este tipo podría instalarse en la región de Dubái, en los Emiratos Árabes Unidos, donde la costa carece finalmente de interés y se encuentra cerca de un inmenso desierto, muy llano y también carente de interés. Estas instalaciones, que darían lugar a bio-desiertos, no serían incompatibles con los sueños de turismo de lujo que desarrollan actualmente los emires. Pero, obviamente, es... otra cosa.

Una variante consistiría en tener un colector móvil, montado sobre brazos rotativos en los que estarían fijados tornillos sin fin. El espejo sería entonces fijo. Según mi opinión, resistiría más fácilmente vientos violentos (el tubo colector se plegaría guardándolo en una carcasa). También sería más fácil de limpiar, con la ayuda de un limpiaparabrisas móvil. Este tipo de espejo se prestaría mejor a una estandarización planetaria al ser aportado por elementos.

solar Fresnel JPP

Colector solar con espejo fijo y tubo focal captador móvil.

Ambas fórmulas deberían probarse. Los belgas ya han probado su sistema con éxito. Nada en este aspecto en Francia, salvo error.

http://www.solarmundo-power.com

El Colector Ligero Fresnel de Solarmundo (SFC)

puede hacer que la energía solar sea más barata que el petróleo

Una evaluación del potencial del nuevo colector de Solarmundo para la protección del clima

Christoph Bals (Germanwatch, bals@germanwatch.org), y

Dr. rer. nat. Gerhard Knies (Fondo de Protección Climática de Hamburgo, knies.gerhard@t-online.de)

Una vista artística de una unidad Solarmondo, implantada en un desierto

Tras una inspección minuciosa del nuevo colector ligero Fresnel de Solarmundo (SFC), los dos autores llegan a la siguiente evaluación: Con este desarrollo reciente, en los países con buena insolación, la energía solar podría volverse más barata que el petróleo en unos pocos años, sin necesidad de otro avance tecnológico. Si el SFC funciona según lo previsto, proporcionará un enorme potencial para la protección global del clima y, en todo el mundo, una electricidad limpia e inagotable. - Bonn y Hamburgo, octubre de 2001.

Rendimiento de las centrales SFC
Electricidad limpia, más barata que con el petróleo:

En ubicaciones con buena radiación solar, el colector de Solarmundo (

) puede producir vapor más barato que con petróleo, para precios del barril superiores a 20 USD. Esto significa que una central solar puede producir electricidad con costes inferiores a los de una central térmica de petróleo.

Combinado con la desalinización del agua

La potencia de refrigeración, como en cualquier central térmica, puede emplearse para la desalinización de agua de mar o de agua salobre. Una central solar de 400 MW podría cogenerar entre 10 y 20 mil metros cúbicos por hora. Esta tecnología está bien establecida.

Combinado con el cultivo de los emplazamientos

El espejo plano del SFC está a unos 4 metros por encima del suelo. En la sombra inferior, la intensidad de la luz y la evaporación del agua se reducen. Hay suficiente luz para, por ejemplo, cultivar tomates.

Una planta de 400 MW proporcionaría aproximadamente 3 km cuadrados de sombra para los cultivos. El agua para el riego podría provenir de la desalinización.

Los detalles de esta aplicación, como el rendimiento por cosecha y hectárea y el agua requerida para el riego, deben ser evaluados mediante un estudio de viabilidad y estudiados en un proyecto piloto.

Potencial futuro con el almacenamiento integrado de energía solar

Existe una perspectiva prometedora para una adaptación bastante sencilla destinada al almacenamiento de calor, y a la provisión de electricidad bajo demanda las 24 horas del día. Esto otorga a la electricidad solar un gran potencial para el suministro energético de los países soleados, y para la exportación hacia los países industrializados del norte.

La tecnología SFC ofrece por tanto posibilidades interesantes de proporcionar a bajo coste una corriente eléctrica limpia en países soleados, para sus necesidades domésticas y para la exportación, y de evitar peligros para el medio ambiente local como la combustión sucia de carbón o la tala de leña. Dado que una gran parte de los trabajos de construcción, mantenimiento y explotación puede ser realizada por mano de obra local, puede crear empleos industriales en los países en desarrollo.

Animación por ordenador: 4 filas de colectores SFC con la línea de transferencia de vapor a la central.

Potencial de los SFC para la protección global del clima

La tecnología SFC ampliaría considerablemente nuestras capacidades para la producción de electricidad solar. En cuanto esta tecnología sea verificada mediante un software de explotación completo -probablemente en un plazo de 1 o 2 años- podría contribuir a proporcionar electricidad limpia para las enormes necesidades futuras previstas en los países soleados en desarrollo, incluyendo India y China. Aquí se necesitan nuevas capacidades de cientos de Gigavatios.

Combinado con un coste bastante bajo del transporte de energía a larga distancia mediante líneas de alta tensión de corriente continua (HVDC), aproximadamente el 95% de la población mundial reside a distancia de lugares desérticos adecuados para la producción de electricidad térmica solar a precio reducido y con espacio suficiente para campos de colectores. Por ejemplo, para la producción de 500 TWh/a de energía eléctrica, correspondiente al 20% del consumo anual de electricidad de la UE, se necesita un campo de colectores de aproximadamente 45

45 km, y una insolación sahariana. Marruecos ofrece ambas condiciones, una buena insolación y una conexión fácil a la red europea.

Dado que el almacenamiento de calor permitiría una producción de electricidad bajo demanda día y noche, con esta aplicación futura la tecnología SFC podría contribuir sensiblemente a la transición rápida globalmente exigida hacia una electricidad limpia.

Ya con el modo de construcción actual, esta electricidad solar podría ser competitiva con las centrales de petróleo. Se deben esperar otras mejoras conceptuales y otras reducciones de costes de la ampliación de las capacidades de producción.

Debido al potencial excepcional de la tecnología SFC para la protección global del clima, existe un interés público significativo en acelerar el desarrollo de esta tecnología tanto como sea posible. Por consiguiente, recomendamos un apoyo adecuado para una verificación rápida del potencial de esta tecnología. En caso de éxito de las pruebas, se abriría la puerta para un lanzamiento mundial en el mercado.

El pleno poder para la protección global del clima puede venir de una cooperación norte-sur ilimitada.

El SFC - dispositivos técnicos

La luz solar puede ser concentrada por un espejo parabólico para producir vapor para una central. El físico francés A. J. Fresnel (1788 - 1827) inventó un sistema simple para reemplazar los espejos curvados por un conjunto plano de bandas de espejo.

Con este sistema, Solarmundo NV (Bélgica) ha convertido la voluminosa cuenca del espejo parabólico en una simple superficie plana constituida por bandas de espejos alargados. Una fila de 48 de estas bandas, cada una de 50 centímetros de ancho y hasta aproximadamente 1000 metros de largo, refleja la luz solar sobre un tubo colector de 1000 metros de largo montado a 15 metros por encima de la fila. Las bandas de espejos pueden inclinarse alrededor de sus ejes longitudinales para seguir al sol. En tiempo claro, la luz solar concentrada podría calentar el tubo colector a más de 500 °C. Esto es suficiente para producir vapor para una turbina convencional acoplada a un generador de una potencia de 4,8 megavatios. Un gran número de estos elementos colectores pueden combinarse para ampliar las capacidades - hasta varios cientos de megavatios.

Aquí recapitulamos las mejoras que ofrece el diseño de los SFC en comparación con los colectores parabólicos lineales de cuenca de primera generación, que funcionan con total seguridad desde hace 10 años en el desierto de Mojave en California.

Diferencia en el diseño:

Un gran espejo parabólico, de una anchura típica de 6 metros, apoyado sobre una compleja estructura de soporte móvil para seguir al sol, es reemplazado por una fila fija y horizontal de bandas de pequeño espejo plano pivotante y un pequeño concentrador secundario detrás del tubo colector.
El foco de la parábola móvil -siguiendo el movimiento del sol- es reemplazado por una línea focal fija, sobre la cual cada elemento de espejo y el concentrador secundario reflejan la luz solar. El tubo colector está ahora en posición fija.
La estructura de soporte para los ejes de los espejos y para el tubo colector es fija.

Gracias a un nuevo revestimiento de superficie del tubo colector, la costosa aislamiento por vacío del largo tubo podría ser reemplazado por una protección simple contra la pérdida de calor y la radiación en atmósfera normal.

El vapor es producido directamente en el tubo colector, en lugar de después de la transferencia térmica a una caldera de vapor mediante un líquido especial y mediante intercambiadores de calor.

Diferencia de eficiencia en la recolección de luz y de rendimiento durante el día

Las eficiencias comparadas de sistemas basados en espejos parabólicos y en colectores de Fresnel

(a la latitud de El Cairo). Se observa que son bastante similares.

La cobertura del campo de colectores por los elementos de espejo es diferente en los dos dispositivos.

En el dispositivo de Solarmundo, el campo colector está casi totalmente cubierto de espejos. Esto conduce a un cierto sombreado mutuo en las horas extremas del día, temprano y tarde. En los dispositivos parabólicos, las filas de parábolas alineadas norte-sur están separadas por 2 filas vacías, para evitar sombreado por la mañana y por la tarde, proporcionando de este hecho un rendimiento bajo, en solo 1/3 del campo de colectores, pero más constante durante el día.

Desde el punto de vista de la superficie de espejo utilizada, la recolección de radiación es mejor para los colectores Fresnel de Solarmundo, y desde el punto de vista del sector de espejo, la recolección de radiación es mejor con los espejos parabólicos.

Las reducciones de costes se logran principalmente mediante:
Muchos pequeños espejos planos fáciles de construir en lugar de un gran espejo especialmente diseñado (parabólico).
Solo los pequeños espejos giran para seguir al sol. Sus ejes de soporte, armazones y el tubo colector permanecen fijos.
La totalidad de la estructura de soporte puede estar hecha fácilmente de piezas estándar.
La posición horizontal permanente de la fila de espejos reduce sensiblemente la potencia del viento.
El aislamiento por vacío alrededor del tubo colector ha podido ser evitado.
Producción directa de vapor en el tubo colector.
La mano de obra local a precio reducido puede ser ampliamente utilizada para ensamblar los componentes.
Explotación y mantenimiento simplificados del campo de colectores.
Etapa de desarrollo

Hasta la fecha, las bandas de espejo de Fresnel, el concentrador secundario y el tubo colector han sido realizados, probados en laboratorio y ensamblados en una instalación piloto, en Bélgica, con una anchura de 24 metros, pero con una longitud de solo 100 metros en lugar de los 1000 metros previstos para el módulo estándar contemplado de 4,8 MW.

Las funciones mecánicas del colector han sido verificadas en esta instalación piloto. Además, se ha producido vapor a una temperatura de 270 grados centígrados, en acuerdo con las expectativas para la instalación piloto, con una temperatura máxima limitada por un recubrimiento selectivo preliminar sobre el tubo colector. Un nuevo recubrimiento selectivo, especial para altas temperaturas, ha sido así examinado con éxito en el laboratorio, a 500 grados centígrados. La producción de tubos con este recubrimiento ha sido iniciada. La estabilidad a largo plazo de las propiedades de alta absorción y bajo radiación de este recubrimiento, y el control del proceso de producción de vapor, deben ser verificados a las temperaturas de funcionamiento previstas de 400 grados centígrados con un colector de tamaño real y una plena radiación solar.

Los dispositivos adicionales de almacenamiento de calor y de cultivo agrícola solo existen hasta ahora "sobre el papel".

Próximos pasos
El próximo paso es demostrar el funcionamiento del colector en condiciones solares realistas y durante un período razonable, por ejemplo de unos pocos meses. A tal efecto, una planta de demostración, compuesta por al menos una fila completa de colector para aproximadamente 5 MW, debería ser construida y explotada para la producción solar de vapor.

Esto requiere una inversión de 8 a 10 millones de euros y la identificación de un lugar con una fuerte insolación y un bajo coste de mano de obra. El gobierno de Marruecos ha ofrecido proporcionar una ubicación adecuada. En Europa meridional, con una menor insolación y un coste de mano de obra más elevado, sería aproximadamente un 50% más caro.

Sería deseable que los trabajos de construcción comenzaran a principios de 2002 (!...).

Paralelamente a los trabajos de construcción, debería haber estudios de viabilidad sobre potenciales técnicos y estudios de mercado de la opción agricultura para los campos de colectores de Solarmundo, así como un demostrador.
La viabilidad técnica del almacenamiento de energía día-noche debería ser estudiada, así como la importancia de la producción de electricidad bajo demanda, para el suministro doméstico y para la exportación a gran escala de electricidad.
Basado en la experiencia de la construcción y explotación de la planta de demostración, deberían iniciarse la planificación y la construcción de centrales comerciales en el rango de 50 a varios cientos de MW.